JP2006144711A - Intake and exhaust controller for four cycle gasoline engine - Google Patents

Intake and exhaust controller for four cycle gasoline engine Download PDF

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Toshiro Nishimoto
敏朗 西本
Shigeyuki Hirashita
茂行 平下
Takashi Youso
隆 養祖
Hirokazu Matsuura
弘和 松浦
Masanao Yamakawa
正尚 山川
Yoshinori Hayashi
好徳 林
Tatsuya Fujikawa
竜也 藤川
Mitsuo Hitomi
光夫 人見
Keiji Araki
啓二 荒木
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure required filling efficiency ηv and proper inside EGR rate m being suitable for ensuring compression self-ignition and torque while reducing pumping loss in accordance with change of an operation condition of an engine by enlarging margin of change of filling efficiency ηv. <P>SOLUTION: An exhaust valve driving means 62 for opening an exhaust valve 60 during an intake process when performing valve reopening operation and closing the exhaust valve 60 in a period from time close to bottom dead center to initial time in a compression process is provided. An intake valve driving means 43 for changing amount of valve opening of an intake valve 40 while opening the intake valve 40 in the vicinity of top dead center and closing the intake valve before bottom dead center in an operation region for performing at least valve reopening operation of the exhaust valve 60 is provided. Control means 120, 123 for controlling the intake valve driving means 43 to increase amount of valve opening of the intake valve 40 in a high load operation region when compared with a low load operation region among operation regions for performing valve reopening operation of the exhaust valve in accordance with engine load are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置に関し、特に、予混合圧縮自己着火燃焼(HCCI:Homogeneous−Charge Compression−Ignition combustion。この明細書で「圧縮自己着火」という)を行わせる運転モードを有する4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置に関する。   The present invention relates to an intake / exhaust control system for a four-cycle gasoline engine, and more particularly, to an operation mode in which premixed compression auto-ignition combustion (HCCI) is performed, referred to as “compression auto-ignition” in this specification. The present invention relates to an intake / exhaust control device for a four-cycle gasoline engine.

一般に、内部EGRガスを用いて、混合気の着火性を向上し、排気性能を高めるに当たり、広い運転領域で必要なEGR率を確保する技術が知られている(例えば特許文献1、2)。先行技術に係る構成では、排気行程中に吸気バルブを開き、または吸気行程の中で排気バルブを開き、いわゆる内部EGRを実現するようにしている。
特開平9−25853号公報 特開2001−107759号公報
In general, a technique is known that uses an internal EGR gas to improve the ignitability of an air-fuel mixture and ensure the EGR rate that is necessary in a wide operating region in order to enhance exhaust performance (for example, Patent Documents 1 and 2). In the configuration according to the prior art, the intake valve is opened during the exhaust stroke, or the exhaust valve is opened during the intake stroke, so-called internal EGR is realized.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-25853 JP 2001-107759 A

ところで、内部EGRを利用して圧縮自己着火を行うに際し、エンジンの性能をトータル的に向上する場合、機械的な圧縮比を可及的に高め、広範囲にわたる運転領域で内部EGRガスを確保し、ノッキングを防止することが必要になってくる。   By the way, when performing compression self-ignition using internal EGR, when improving the performance of the engine in total, the mechanical compression ratio is increased as much as possible to secure internal EGR gas in a wide range of operation, It will be necessary to prevent knocking.

しかしながら、特許文献1、2に開示された技術では、運転状態に応じて、必要な充填効率を確保してトルクの確保や圧縮自己着火性能を向上させたり、ノッキングを防止することができなかった。   However, in the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2, depending on the operation state, it was not possible to ensure the necessary charging efficiency and improve the torque and compression self-ignition performance, or prevent knocking. .

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、4サイクルガソリンエンジンで圧縮自己着火を実現するに当たり、機械的な圧縮比を可及的に高め、ブースト圧を可及的に高めながら充填効率の変化幅を拡大することにより、エンジンの運転状態の変化に応じて、ポンピングロスの低減を図りつつ、圧縮自己着火やトルクの確保のために適した必要な充填効率と適正な内部EGR率とを確保することのできる4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置を提供することを課題としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and in realizing compression self-ignition in a four-cycle gasoline engine, the mechanical compression ratio is increased as much as possible, and the boosting pressure is increased as much as possible while charging efficiency is increased. By expanding the variation range of the engine, the required filling efficiency and the appropriate internal EGR rate suitable for compression self-ignition and securing of torque can be reduced while reducing the pumping loss according to the change in the operating state of the engine. It is an object of the present invention to provide an intake / exhaust control device for a 4-cycle gasoline engine capable of ensuring the above.

本件発明者は、鋭意研究の結果、通常は、関連が薄いと思われていた内部EGR率とブースト圧(吸気圧力)との間に相関関係があることを見出し、本件発明を完成させるに至った。   As a result of diligent research, the present inventor found that there is a correlation between the internal EGR rate and the boost pressure (intake pressure), which were normally considered to be less related, and completed the present invention. It was.

すなわち、上記課題を解決するために本発明は、エンジンの所定運転領域において、排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作により、内部EGRで筒内温度を高めて圧縮自己着火を行わせるようにした4サイクルガソリンエンジンにおいて、前記排気弁の再開弁動作時に吸気行程途中で開弁させ、下死点付近から圧縮行程初期にかけての期間内に閉弁させる排気弁駆動手段と、少なくとも前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域で、吸気弁を上死点付近で開弁して下死点よりも前に閉弁するようにしつつ、吸気弁の開弁量を変更可能にする吸気弁駆動手段と、エンジン負荷に応じ、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの高負荷運転領域では低負荷運転領域に比べて吸気弁の開弁量が大きくなるように吸気弁駆動手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置である。この態様では、排気弁を吸気行程で再開弁動作させるに当たり、排気弁駆動手段が吸気行程途中で開弁させ、下死点付近から圧縮行程初期にかけての期間内に閉弁させるので、新気が排気通路から排出されるのを抑制するとともに、吸気通路側へ既燃ガスが排出されるのを抑制しつつ、排気弁駆動手段によって、排気弁が吸気行程途中で再開弁動作し、下死点付近から圧縮行程初期にかけての期間内に閉弁するので、この開弁動作において、排気行程で排出された既燃ガスを内部EGRガスとして比較的大量に気筒内に導入することができる。これにより、これにより、ブースト圧(吸気圧力)ができるだけ高い状態(大気圧側に寄った状態)において、充填効率と内部EGR率が変化する範囲を拡げ、エンジンの運転状態の変化に応じてエンジン負荷に適した必要な充填効率と適正な内部EGR率を確保できる。その結果、ポンピングロスを低減しつつ、圧縮行程での圧縮自己着火性能を高めることができる。その結果、ポンピングロスを低減しつつ、圧縮行程での圧縮自己着火性能を向上することができる。また、吸気行程において排気弁を開く構成を採用しているので、排気弁がピストンと干渉しないタイミングで内部EGRを実現することができる。従って、幾何学的な圧縮比を可及的に高めることが可能になる。そして、本発明では、この吸気弁駆動手段を制御手段が制御することにより、エンジン負荷に応じ、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの高負荷運転領域では低負荷運転領域に比べて吸気弁の開弁量が大きくなるので、ノッキングが生じやすい高負荷側ほど、内部EGRガスの導入量を減らして、筒内温度の過剰上昇を抑制することが可能になる。この結果、圧縮自己着火が可能な領域を可及的に高負荷運転領域にまで拡げることが可能になる。   That is, in order to solve the above-described problems, the present invention provides an internal EGR in-cylinder operation in a predetermined operating region of an engine by a resuming valve operation for reopening the exhaust valve in the intake stroke in addition to the valve opening operation in the exhaust stroke. In a four-cycle gasoline engine that is designed to perform compression self-ignition by increasing the temperature, the valve is opened during the intake stroke when the exhaust valve is restarted, and is closed within the period from the bottom dead center to the beginning of the compression stroke. An exhaust valve driving means for causing the intake valve to open at a position near the top dead center and to close before the bottom dead center at least in an operation region in which the exhaust valve is restarted. Intake valve drive means that can change the valve opening amount of the intake valve, and in the high load operation region of the operation region in which the resumption valve operation of the exhaust valve is performed according to the engine load, the intake valve is compared with the low load operation region. Large valve opening A suction and exhaust control device for a four-cycle gasoline engine, characterized in that a control means for controlling the intake valve driving means Kunar so. In this mode, when the exhaust valve is restarted during the intake stroke, the exhaust valve driving means opens during the intake stroke and closes within the period from the bottom dead center to the beginning of the compression stroke. The exhaust valve is restarted during the intake stroke by the exhaust valve driving means while suppressing the exhaust gas from being discharged from the exhaust passage and the exhaust gas to the intake passage side. Since the valve is closed within the period from the vicinity to the beginning of the compression stroke, the burned gas discharged in the exhaust stroke can be introduced into the cylinder in a relatively large amount as internal EGR gas in this valve opening operation. Thereby, in a state where the boost pressure (intake pressure) is as high as possible (a state close to the atmospheric pressure side), the range in which the charging efficiency and the internal EGR rate change is expanded, and the engine is changed according to the change in the engine operating state. Necessary filling efficiency suitable for load and proper internal EGR rate can be secured. As a result, it is possible to improve the compression self-ignition performance in the compression stroke while reducing the pumping loss. As a result, the compression self-ignition performance in the compression stroke can be improved while reducing the pumping loss. Moreover, since the structure which opens an exhaust valve in the intake stroke is employ | adopted, internal EGR is realizable at the timing which an exhaust valve does not interfere with a piston. Therefore, the geometric compression ratio can be increased as much as possible. In the present invention, the intake valve driving means is controlled by the control means, so that the exhaust valve restart operation is performed in the high load operation region in the low load operation region according to the engine load. In comparison, since the opening amount of the intake valve becomes larger, it is possible to reduce the amount of internal EGR gas introduced and suppress the excessive increase in the in-cylinder temperature on the high load side where knocking is likely to occur. As a result, it is possible to expand the region where compression self-ignition is possible to the high load operation region as much as possible.

本発明の好ましい態様において、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの少なくとも高負荷運転領域では、吸気弁の開弁量を排気弁の再開弁動作による開弁量よりも大きくなるように設定している。この態様では、高負荷運転領域において、新気の充填量を確保することができるので、吸気通路への既燃ガスの吹き返しを抑制しつつ、充填効率を確保することができる。また、新気が大量に導入されるので、筒内温度の低減をも図ることができ、ノッキングの抑制にも寄与する。   In a preferred aspect of the present invention, the opening amount of the intake valve is larger than the opening amount by the restart valve operation of the exhaust valve in at least the high load operation region of the operation region in which the restart valve operation of the exhaust valve is performed. It is set as follows. In this aspect, since the amount of fresh air can be ensured in the high load operation region, the charging efficiency can be ensured while suppressing the return of burned gas to the intake passage. In addition, since a large amount of fresh air is introduced, it is possible to reduce the in-cylinder temperature and contribute to the suppression of knocking.

上記態様においては、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域内で、吸気弁の開弁量を排気弁の再開弁動作による開弁量以上としつつ、両者の比率を運転状態に応じて変化させるようにすることが好ましい。その場合には、運転状態に応じてEGR率と充填効率との調整を図ることができるので、高負荷側では、EGR率を抑制しつつ、充填効率を高めることができるとともに、低負荷運転領域では、必要な充填効率を確保しつつEGR率を高めて筒内温度の上昇を図り、圧縮自己着火性能を向上することが可能になる。従って、個々の運転領域に応じて、ポンピングロスの低減を図りつつ、最適なEGR率、充填効率を維持することが可能になる。   In the above aspect, within the operation region where the exhaust valve restart valve operation is performed, the opening amount of the intake valve is set to be equal to or greater than the valve opening amount due to the restart valve operation of the exhaust valve, and the ratio of both is set according to the operation state. It is preferable to make it change. In that case, since the EGR rate and the charging efficiency can be adjusted according to the operating state, the charging efficiency can be increased while suppressing the EGR rate on the high load side, and the low load operating region Then, it is possible to improve the compression self-ignition performance by increasing the EGR rate while increasing the in-cylinder temperature while ensuring the necessary charging efficiency. Therefore, it is possible to maintain the optimum EGR rate and filling efficiency while reducing the pumping loss in accordance with each operation region.

本発明の別の態様において、外部EGR通路を介して冷却された排気ガスを吸気系に還流させる外部EGR手段を備えるとともに、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちでノッキングが生じ易い運転領域では、前記外部EGR手段によるEGR量を増大させるようにしている。この態様では、外部EGR手段によって、比較的冷たい外部EGRガスを筒内に導入することにより、筒内温度を低減し、ノッキングを抑制することができる。   In another aspect of the present invention, there is provided external EGR means for recirculating the exhaust gas cooled via the external EGR passage to the intake system, and knocking occurs in the operation region in which the resumption valve operation of the exhaust valve is performed. In an easy driving range, the EGR amount by the external EGR means is increased. In this aspect, the external EGR means introduces a relatively cool external EGR gas into the cylinder, thereby reducing the in-cylinder temperature and suppressing knocking.

本発明のさらに別の態様において、前記制御手段は、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの低負荷側の運転領域では高負荷運転領域に対して吸気弁の開弁量を小さくし、両運転領域の境界となる運転領域から高負荷側の運転領域に移行するにつれて吸気弁の開弁量を次第に増大させるように吸気弁駆動手段および排気弁駆動手段を制御するものである。この態様では、低負荷運転領域および中負荷運転領域(低負荷運転領域と高負荷運転領域の境界部分となる運転領域)では、充填効率に対し、ブースト圧の変化割合が大きい特性になるものの、EGR率を高め、筒内温度の上昇による確実な圧縮自己着火の実現や、ポンピングロスの低減を図ることが可能になる。一方、中負荷運転領域から高負荷側の運転領域では、充填効率に対し、ブースト圧の変化割合が小さい特性にして、EGR率並びにそれに伴う温度上昇を抑制することにより、ノッキングを防止しつつ、充填効率を高めることが可能になる。ここで、本態様では、制御手段が、前記中負荷運転領域から高負荷運転領域に移行するにつれて吸気弁の開弁量を次第に増大させるように吸気弁駆動手段および排気弁駆動手段を制御するので、筒内温度と充填効率とのバランスをスムーズに切換えて、運転状態に応じて最適な制御状態を得ることが可能になる。   In yet another aspect of the present invention, the control means sets the opening amount of the intake valve relative to the high load operation region in the low load side operation region of the operation region in which the exhaust valve restart valve operation is performed. The intake valve driving means and the exhaust valve driving means are controlled so that the valve opening amount of the intake valve is gradually increased as it shifts from the operating area that is the boundary between both operating areas to the operating area on the high load side. . In this aspect, in the low load operation region and the medium load operation region (operation region that is a boundary portion between the low load operation region and the high load operation region), although the change rate of the boost pressure is large with respect to the charging efficiency, It becomes possible to increase the EGR rate, to realize reliable compression self-ignition by increasing the in-cylinder temperature, and to reduce the pumping loss. On the other hand, in the operation region from the middle load operation region to the high load side, the ratio of change in the boost pressure is small with respect to the charging efficiency, and by suppressing the EGR rate and the accompanying temperature rise, preventing knocking, It is possible to increase the filling efficiency. Here, in this aspect, the control means controls the intake valve drive means and the exhaust valve drive means so as to gradually increase the valve opening amount of the intake valve as it shifts from the medium load operation region to the high load operation region. It is possible to smoothly switch the balance between the in-cylinder temperature and the charging efficiency and obtain an optimal control state in accordance with the operating state.

さらに別の態様においては、吸気弁および排気弁を1気筒当たり2弁ずつ設け、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの低負荷運転領域では、一方の吸気弁を閉弁手段で停止させるとともに、開弁動作を行う吸気弁に対して対角線上に位置する排気弁を再開弁動作させるように吸気弁駆動手段および排気弁駆動手段を構成している。この態様では、低負荷運転領域においては、一方の吸気弁を閉じるとともに、開弁動作を行う吸気弁に対して対角線上に位置する排気弁を再開弁動作させるので、吸気時にスワールが生じる。この結果、筒内の混合気の乱れが生じ、吸気通路から導入された新気と排気弁から導入された既燃ガスとの混合が促進される。このため、速やかな温度上昇を図ることができ、より確実に圧縮自己着火を行うことが可能になる。また、前記乱れにより、燃料との混合も促進されるので、燃費が改善する他、リーン燃焼限界の向上にも寄与することになる。   In yet another aspect, two intake valves and two exhaust valves are provided per cylinder, and one intake valve is closed in a low load operation region in an operation region in which the exhaust valve is restarted. The intake valve driving means and the exhaust valve driving means are configured so that the exhaust valve positioned diagonally with respect to the intake valve performing the valve opening operation is restarted. In this aspect, in the low load operation region, one of the intake valves is closed and the exhaust valve located on the diagonal line is restarted with respect to the intake valve that performs the valve opening operation, so that swirl occurs during intake. As a result, the air-fuel mixture in the cylinder is disturbed, and the mixing of the fresh air introduced from the intake passage and the burned gas introduced from the exhaust valve is promoted. For this reason, a rapid temperature rise can be achieved, and compression self-ignition can be performed more reliably. Moreover, since the mixing with the fuel is promoted by the disturbance, the fuel efficiency is improved and the lean combustion limit is improved.

本発明の具体的な態様においては、前記排気弁駆動手段は、排気行程で排気弁を開く第1排気カムと、吸気行程で排気弁を開く第2排気カムと、第2排気カムから排気弁への駆動伝達を遮断可能とするロストモーション機構とを備え、前記吸気弁駆動手段は、吸気弁のバルブリフト量および開弁期間の少なくとも一方を無段階に変更可能とする開弁量可変機構を備えている。   In a specific aspect of the present invention, the exhaust valve driving means includes a first exhaust cam that opens the exhaust valve in the exhaust stroke, a second exhaust cam that opens the exhaust valve in the intake stroke, and an exhaust valve from the second exhaust cam. A lost motion mechanism capable of interrupting drive transmission to the intake valve, and the intake valve driving means includes a variable valve opening amount mechanism capable of steplessly changing at least one of a valve lift amount and a valve opening period of the intake valve. I have.

以上説明したように、本発明によれば、4サイクルガソリンエンジンで圧縮自己着火を実現するに当たり、機械的な圧縮比を可及的に高め、広範囲にわたる運転領域で内部EGRガスを確保しつつ、ノッキングを防止することができるという顕著な効果を奏する。   As described above, according to the present invention, in realizing compression self-ignition in a four-cycle gasoline engine, the mechanical compression ratio is increased as much as possible, while securing the internal EGR gas in a wide range of operation, There is a remarkable effect that knocking can be prevented.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施の一形態に係る4サイクルガソリンエンジン10の概略構成を示す構成図であり、図2は図1に係るエンジン本体20の一つの気筒とそれに対して設けられた吸排気弁等の構造を示す断面略図である。   FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a four-cycle gasoline engine 10 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows one cylinder of an engine main body 20 according to FIG. It is a cross-sectional schematic diagram which shows structures, such as an exhaust valve.

同図を参照して、図示の4サイクルガソリンエンジン10は、エンジン本体20を備えている。エンジン本体20は、クランクシャフト21を回転自在に支持するシリンダブロック22と、シリンダブロック22の上部に配置されたシリンダヘッド23とを一体的に有している。   With reference to the figure, the illustrated four-cycle gasoline engine 10 includes an engine body 20. The engine body 20 integrally includes a cylinder block 22 that rotatably supports the crankshaft 21 and a cylinder head 23 that is disposed above the cylinder block 22.

シリンダブロック22およびシリンダヘッド23には、複数の気筒24が設けられている。本実施形態において、各気筒24の圧縮比は、12に設定されている。   The cylinder block 22 and the cylinder head 23 are provided with a plurality of cylinders 24. In the present embodiment, the compression ratio of each cylinder 24 is set to 12.

各気筒24には、クランクシャフト21に連結されたピストン25と、ピストン25が気筒24内に形成する燃焼室26とが公知の構成と同様に設けられている。なお、シリンダブロック22には、クランクシャフト21の回転数を検出するクランク角センサ27が設けられている。   Each cylinder 24 is provided with a piston 25 connected to the crankshaft 21 and a combustion chamber 26 formed in the cylinder 24 by the piston 25 in the same manner as a known configuration. The cylinder block 22 is provided with a crank angle sensor 27 that detects the rotational speed of the crankshaft 21.

各燃焼室26の側部には、当該燃焼室26に直接燃料を噴射する燃料噴射弁28が設けられている。また、各燃焼室26の頂部には、点火プラグ29が装備され、そのプラグ先端が燃焼室26内に臨んでいる。点火プラグ29には、電子制御による点火タイミングのコントロールが可能な点火回路29aが接続されている。   A fuel injection valve 28 that directly injects fuel into the combustion chamber 26 is provided at the side of each combustion chamber 26. An ignition plug 29 is provided at the top of each combustion chamber 26, and the plug tip faces the combustion chamber 26. An ignition circuit 29a capable of controlling the ignition timing by electronic control is connected to the ignition plug 29.

エンジン本体20は、当該気筒24内に対して新気を供給する吸気システム30と、気筒24の燃焼室26で燃焼した既燃ガスを排気する排気システム50とを有している。   The engine body 20 includes an intake system 30 that supplies fresh air into the cylinder 24 and an exhaust system 50 that exhausts burned gas burned in the combustion chamber 26 of the cylinder 24.

吸気システム30は、新気を気筒24内に供給するための吸気管31と、この吸気管31の下流側に連通するインテークマニホールド32と、このインテークマニホールド32から分岐してそれぞれ対応する気筒24に接続される分岐吸気管33とを備えている。図示の実施形態において、各気筒24には、2つ一組の吸気通路24aが形成されており(図1参照)、前記分岐吸気管33の下流端は、各気筒24の吸気通路に対応して二股に形成されている。   The intake system 30 includes an intake pipe 31 for supplying fresh air into the cylinder 24, an intake manifold 32 communicating with the downstream side of the intake pipe 31, and a branch from the intake manifold 32 to the corresponding cylinder 24. And a branch intake pipe 33 to be connected. In the illustrated embodiment, each cylinder 24 is formed with a pair of intake passages 24a (see FIG. 1), and the downstream end of the branched intake pipe 33 corresponds to the intake passage of each cylinder 24. It is formed in two forks.

吸気システム30の吸気管31には、エアフローセンサ34が設けられている。また、各分岐吸気管33には、共通の軸35に一斉駆動される多連スロットル弁36が設けられている。多連スロットル弁36は、前記軸35を回転駆動するアクチュエータ37によって、開閉駆動されるように構成されている。   An airflow sensor 34 is provided in the intake pipe 31 of the intake system 30. Each branch intake pipe 33 is provided with a multiple throttle valve 36 that is simultaneously driven by a common shaft 35. The multiple throttle valve 36 is configured to be opened and closed by an actuator 37 that rotationally drives the shaft 35.

各気筒24に設けられた各吸気通路24aには、吸気弁40が設けられている。各吸気弁40は、動弁機構41によって駆動される構成になっている。動弁機構41は、吸気弁40の開弁タイミング(位相角度)を切換可能なVCT(Variable Camshaft Timing機構)42と、吸気弁40のリフト量(開弁量)を無段階で変更可能なVVE(Variable Valve Event)43とを備えている。   An intake valve 40 is provided in each intake passage 24 a provided in each cylinder 24. Each intake valve 40 is configured to be driven by a valve operating mechanism 41. The valve operating mechanism 41 includes a variable camshaft timing mechanism (VCT) 42 that can switch the opening timing (phase angle) of the intake valve 40 and a VVE that can change the lift amount (valve opening amount) of the intake valve 40 in a stepless manner. (Variable Valve Event) 43.

図3は、図1の実施形態に係る気筒に設けられた吸気弁40および排気弁60の模式的な平面略図である。   FIG. 3 is a schematic plan view of the intake valve 40 and the exhaust valve 60 provided in the cylinder according to the embodiment of FIG.

同図を参照して、各気筒24に設けられた2つ一組の各吸気弁40のうち、一方の吸気弁40のバルブステム40aには、直動式のタペット61が設けられているとともに、他方の吸気弁40のバルブステム40aには、VVL(Variable Valve Lift機構)70が設けられている。   Referring to the figure, out of a pair of intake valves 40 provided in each cylinder 24, a valve stem 40a of one intake valve 40 is provided with a direct acting tappet 61. A VVL (Variable Valve Lift mechanism) 70 is provided on the valve stem 40a of the other intake valve 40.

図4は、図1の実施形態に係る動弁機構41の具体的な構成を示す斜視図である。   FIG. 4 is a perspective view showing a specific configuration of the valve mechanism 41 according to the embodiment of FIG.

同図を参照して、動弁機構41は、各気筒24が並ぶ方向(図1参照)に沿って延びるカムシャフト41aを備えており、このカムシャフト41aにVCT42とVVE43とが組み込まれている。   With reference to the figure, the valve operating mechanism 41 includes a camshaft 41a extending along the direction in which the cylinders 24 are arranged (see FIG. 1), and a VCT42 and a VVE43 are incorporated in the camshaft 41a. .

VCT42は、カムシャフト41aの端部に固定されるロータ(入力部材)42aと、ロータ42aの外周に同心に配置されたケーシング(出力部材)42bと、このケーシング42bに固定され、前記カムシャフト41aの外周に相対的に回動自在に配置されたスプロケット42cとを有している。スプロケット42cには、クランクシャフト21(図2参照)から駆動力を伝達するチェーン42dが巻回されている。また、ロータ42aとケーシング42bとの間には、図略の作動油室が形成されており、電磁弁42eの油圧制御によって、ロータ42aとケーシング42bは、一体的な回転動作または相対的な回転動作に切換えられるようになっている。これにより、VCT42は、吸気弁40の開弁開始時期および閉弁時期を同時に変更可能な作動時期可変機構を構成している。後述するように、電磁弁42eは、制御装置としてのECU100のVCT制御手段122によって、駆動制御されるようになっており、この駆動制御により、ロータ42aとケーシング42bとが連結/非連結するようになっている。   The VCT 42 includes a rotor (input member) 42a fixed to the end of the camshaft 41a, a casing (output member) 42b disposed concentrically on the outer periphery of the rotor 42a, and the casing 42b. And a sprocket 42c disposed on the outer periphery of the sprocket 42 relatively rotatably. A chain 42d for transmitting driving force from the crankshaft 21 (see FIG. 2) is wound around the sprocket 42c. Further, a hydraulic oil chamber (not shown) is formed between the rotor 42a and the casing 42b, and the rotor 42a and the casing 42b are integrally rotated or relatively rotated by hydraulic control of the electromagnetic valve 42e. It can be switched to operation. Thus, the VCT 42 constitutes an operation timing variable mechanism that can simultaneously change the valve opening start timing and the valve closing timing of the intake valve 40. As will be described later, the electromagnetic valve 42e is drive-controlled by the VCT control means 122 of the ECU 100 as a control device, and the rotor 42a and the casing 42b are connected / disconnected by this drive control. It has become.

次に、VVE43は、各吸気弁40に設けられた一対の吸気カム43a、43bを備えている。一方の吸気カム43aは、前記カムシャフト41aに固定されている。他方の吸気カム43bは、カムシャフト41aに対し、相対回転自在に取り付けられている。この他方のカム43bには、スリーブ状のカムジャーナル43cが同心に固定されている。   Next, the VVE 43 includes a pair of intake cams 43 a and 43 b provided on each intake valve 40. One intake cam 43a is fixed to the camshaft 41a. The other intake cam 43b is attached to the camshaft 41a so as to be relatively rotatable. A sleeve-like cam journal 43c is concentrically fixed to the other cam 43b.

本実施形態においては、各気筒24に2つ一組で配置された吸気弁40のうち、一方には、直動式のタペット61が設けられているとともに、他方には、いわゆるロストモーション機能を有するVVL70が設けられている。これに対応して、VVE43に駆動される吸気カム43bがタペット61を駆動し、カムシャフト41aに固定された吸気カム43aがVVL70を駆動するように構成されている(図3参照)。   In the present embodiment, one of the intake valves 40 arranged in pairs in each cylinder 24 is provided with a direct acting tappet 61 and the other has a so-called lost motion function. VVL70 which has is provided. Correspondingly, the intake cam 43b driven by the VVE 43 drives the tappet 61, and the intake cam 43a fixed to the cam shaft 41a drives the VVL 70 (see FIG. 3).

図5は、図4のVVEの要部を示す断面図であり、(A)は大リフト制御状態においてリフト量が0のときを示し、(B)は大リフト制御状態においてリフト量が最大のときを示し、(C)は小リフト制御状態においてリフト量が0のときを示し、(D)は小リフト制御状態においてリフト量が最大のときを示している。   5A and 5B are cross-sectional views showing the main part of the VVE in FIG. 4, where FIG. 5A shows the lift amount being 0 in the large lift control state, and FIG. 5B is the maximum lift amount in the large lift control state. (C) shows the time when the lift amount is 0 in the small lift control state, and (D) shows the time when the lift amount is maximum in the small lift control state.

図4並びに図5(A)〜(D)を参照して、カムシャフト41aに対して相対回転自在に取り付けられた吸気カム43bを一方の吸気カム43aと同期させるために、カムシャフト41aには、気筒24毎に設けられた偏心カム43dが固定されている。この偏心カム43dは、図5(A)〜(D)から明らかなように、カムシャフト41aに対して偏心している。偏心カム43dの外周には、オフセットリンク43eが回動自在に取り付けられている。オフセットリンク43eの外周部には、径方向に突出する突部43fが一体に設けられている。この突部43fには、カムシャフト41aと平行な連結ピン43gが貫通しており、この連結ピン43gによって、オフセットリンク43eの両側面には、それぞれリンクアーム43h、43iの一端部が回動自在に取り付けられている。一方のリンクアーム43hは、オフセットリンク43eと前記吸気カム43bとを連結するものであり、その他端部が、カムシャフト41aと平行なピン43jによって吸気カム43bの膨出部近傍部分に回動自在に連結されている。また、他方のリンクアーム43iは、オフセットリンク43eの位相を変更するエキセントリックシャフト43kにオフセットリンク43eを連結するためのものであり、このエキセントリックシャフト43kに固定されたコントロールアーム43mの端部に対し、他端部がカムシャフト41aと平行なピン43nで回動自在に連結されている。   Referring to FIG. 4 and FIGS. 5A to 5D, in order to synchronize the intake cam 43b attached to the camshaft 41a so as to be rotatable relative to the camshaft 41a, An eccentric cam 43d provided for each cylinder 24 is fixed. As is apparent from FIGS. 5A to 5D, the eccentric cam 43d is eccentric with respect to the cam shaft 41a. An offset link 43e is rotatably attached to the outer periphery of the eccentric cam 43d. A protrusion 43f protruding in the radial direction is integrally provided on the outer peripheral portion of the offset link 43e. A connecting pin 43g parallel to the camshaft 41a passes through the projecting portion 43f, and one end of each of the link arms 43h and 43i is rotatable on both side surfaces of the offset link 43e by the connecting pin 43g. Is attached. One link arm 43h connects the offset link 43e and the intake cam 43b, and the other end of the link arm 43h is rotatable to the vicinity of the bulging portion of the intake cam 43b by a pin 43j parallel to the cam shaft 41a. It is connected to. The other link arm 43i is for connecting the offset link 43e to the eccentric shaft 43k that changes the phase of the offset link 43e. With respect to the end of the control arm 43m fixed to the eccentric shaft 43k, The other end is rotatably connected by a pin 43n parallel to the camshaft 41a.

図4に示すように、エキセントリックシャフト43kの途中部には、扇形のウォームホイール43pが固定されており、このウォームホイール43pに噛合するウォームギヤ43qが、ステッピングモータ43rによって回転駆動されるようになっている。後述するように、ステッピングモータ43rは、制御装置としてのECU100のVVE制御手段123によって、駆動制御されるようになっており、この駆動制御により、コントロールアーム43mの位相が決定され、それによって、オフセットリンク43eの位相が決定されるので、タペット61を駆動する吸気カム43bの回動軌跡が当該吸気弁40の軸方向において変化し、バルブリフト量が無段階で変更されるようになっている。   As shown in FIG. 4, a fan-shaped worm wheel 43p is fixed in the middle of the eccentric shaft 43k, and a worm gear 43q meshing with the worm wheel 43p is driven to rotate by a stepping motor 43r. Yes. As will be described later, the stepping motor 43r is driven and controlled by the VVE control means 123 of the ECU 100 as the control device, and the phase of the control arm 43m is determined by this driving control, and thereby the offset Since the phase of the link 43e is determined, the rotational trajectory of the intake cam 43b that drives the tappet 61 changes in the axial direction of the intake valve 40, and the valve lift amount is changed steplessly.

図5(B)を参照して、吸気弁40のバルブステム40aに設けられたタペット61は、吸気弁40のバルブステム40aの端部に固定されている。他方、吸気弁40のバルブステム40aは、周知のバルブガイド40bにガイドされている。このバルブガイド40bの外周には、スプリングシート部40cが一体に形成されており、このスプリングシート部40cには、当該タペット61の内奥部に形成されたスプリングシート部61aとの間に縮設されるバルブスプリング40dが着座している。   With reference to FIG. 5B, the tappet 61 provided on the valve stem 40 a of the intake valve 40 is fixed to the end of the valve stem 40 a of the intake valve 40. On the other hand, the valve stem 40a of the intake valve 40 is guided by a known valve guide 40b. A spring seat portion 40c is integrally formed on the outer periphery of the valve guide 40b. The spring seat portion 40c is contracted between the spring seat portion 61a formed in the inner back portion of the tappet 61. A valve spring 40d is seated.

前記吸気カム43bは、このタペット61に接合し、バルブスプリング40dの付勢力を受けている。   The intake cam 43b is joined to the tappet 61 and receives the urging force of the valve spring 40d.

この状態において、図5(A)(B)に示すように、ステッピングモータ43rによりエキセントリックシャフト43kおよびコントロールアーム43mを回動させて、図5(A)(B)に示すようにピン43nをエキセントリックシャフト43kの下方に位置付けると、吸気カム43bの揺動角が大きくなり、リフトピークにおけるバルブのリフト量が最も大きな大リフト制御状態になる。また、そこからコントロールアーム43mなどの回動によってピン43nを上方へ移動させると、これに応じて吸気カム43bの揺動角は小さくなり、図5(C)(D)に示すようにピン43nをカムシャフト41aの上方に位置付けると、バルブのリフト量が最も小さな小リフト制御状態になる。   In this state, the eccentric shaft 43k and the control arm 43m are rotated by the stepping motor 43r as shown in FIGS. 5A and 5B, and the pin 43n is eccentrically moved as shown in FIGS. 5A and 5B. When positioned below the shaft 43k, the swing angle of the intake cam 43b is increased, and a large lift control state in which the lift amount of the valve at the lift peak is the largest is achieved. Further, when the pin 43n is moved upward by the rotation of the control arm 43m or the like, the swing angle of the intake cam 43b is reduced accordingly, and the pin 43n is shown in FIGS. 5C and 5D. Is positioned above the camshaft 41a, the small lift control state with the smallest valve lift amount is achieved.

図5(A)(B)に示す大リフト制御状態において、吸気カム43bは、同図(B)に示すようにカムノーズの先端側でタペット61を押圧し、該タペット61を介して吸気弁40を大きくリフトさせたリフトピークの状態(吸気カム43bがタペット61を介して吸気弁40を大きくリフトさせた状態)と、同図(D)に示すように吸気弁40(吸気弁40)のリフト量が0になる状態との間で揺動する。小リフト制御状態である図5(C)(D)の場合も同様にリフトピークの状態(カムノーズの基端側でタペット61を押圧)とリフト量0の状態との間で揺動する(同図(C)および(D)参照)。   In the large lift control state shown in FIGS. 5A and 5B, the intake cam 43b presses the tappet 61 on the tip side of the cam nose, as shown in FIG. 5B, and the intake valve 40 passes through the tappet 61. And a lift peak state (a state where the intake cam 43b greatly lifts the intake valve 40 via the tappet 61) and a lift of the intake valve 40 (the intake valve 40) as shown in FIG. It swings between the state where the amount becomes zero. Similarly, in the case of FIGS. 5C and 5D, which are in the small lift control state, swinging occurs between the lift peak state (pressing the tappet 61 on the base end side of the cam nose) and the lift amount 0 state (same as above). (See Figures (C) and (D)).

図6は、図5(B)(D)の制御状態を模式的に表わすものであり、(A)は大リフト制御位置、(B)は小リフト制御位置に対応している。なお図6(A)(B)では、コントロールアーム43m、連結リンク43hおよびリンクアーム43iについては簡略に直線で表しており、また、偏心カム43dの中心(オフセットリンク43eの外輪の中心)の回転軌跡を符号T0として示している。   6 schematically shows the control states of FIGS. 5B and 5D, wherein (A) corresponds to the large lift control position, and (B) corresponds to the small lift control position. 6A and 6B, the control arm 43m, the connecting link 43h, and the link arm 43i are simply represented by straight lines, and the center of the eccentric cam 43d (the center of the outer ring of the offset link 43e) is rotated. The trajectory is shown as T0.

まず、図6(A)を参照して吸気カム43b自体のプロファイルを説明すると、この吸気カム43bの周面には、曲率半径が所定角度範囲一定の基円面(ベースサークル区間)θ1と、該θ1に続いて曲率半径が漸次大きくなっているカム面(リフト区間)θ2とが形成されている。   First, the profile of the intake cam 43b itself will be described with reference to FIG. 6A. On the peripheral surface of the intake cam 43b, a base circle surface (base circle section) θ1 having a constant curvature radius within a predetermined angle range, Following the θ1, a cam surface (lift section) θ2 having a gradually increasing radius of curvature is formed.

図6(A)に実線で示すのは吸気弁40がリフトピーク近傍にある図5(B)の状態であり、このときには、連結リンク43hによってピン43jが最も上方に引き上げられ、吸気カム43bは、カム面θ2のカムノーズ先端側がタペット61に当接した状態になっている。一方、仮想線で示すのはバルブリフト量Hが0の状態(図5(A))であり、このときには吸気カム43bの基円面θ1がタペット61に接していて、吸気弁40が閉じた状態になっている。   6A shows the state of FIG. 5B in which the intake valve 40 is in the vicinity of the lift peak. At this time, the pin 43j is pulled up most by the connecting link 43h, and the intake cam 43b is The cam nose tip side of the cam surface θ2 is in contact with the tappet 61. On the other hand, the phantom line shows a state where the valve lift amount H is 0 (FIG. 5A). At this time, the base circle surface θ1 of the intake cam 43b is in contact with the tappet 61 and the intake valve 40 is closed. It is in a state.

そして、カムシャフト41a(偏心カム43d)が図の時計回りに回転すると、これに伴いオフセットリンク43eの一端側(図の下端側)は、図に矢印で示すようにカムシャフト41aの軸心X周りを公転することになるが、このオフセットリンク43eの他端部の変位はそこに連結されたリンクアーム43iによって規制される。すなわち、リンクアーム43iは、エキセントリックシャフト43kの下方に位置付けられたピン43nを中心に図の実線の位置と仮想線の位置との間を揺動し、これに伴い、オフセットリンク43eの他端側(連結ピン43g)は、偏心カム43dが1回転する度に、ピン43nを中心として往復円弧運動をすることになる(この連結ピン43gの運動軌跡をT1として示す)。   When the camshaft 41a (eccentric cam 43d) rotates in the clockwise direction in the figure, one end side (lower end side in the figure) of the offset link 43e moves along the axis X of the camshaft 41a as indicated by the arrow in the figure. Although revolving around, the displacement of the other end of the offset link 43e is regulated by a link arm 43i connected thereto. That is, the link arm 43i swings between the position of the solid line and the position of the phantom line around the pin 43n positioned below the eccentric shaft 43k, and accordingly, the other end side of the offset link 43e. The (connecting pin 43g) reciprocates around the pin 43n every time the eccentric cam 43d rotates once (the movement locus of the connecting pin 43g is indicated as T1).

前記連結ピン43gの往復円弧運動T1に伴い、この同じ連結ピン43gによって一端部がオフセットリンク43eに連結されている連結リンク43hの他端部(ピン43j)は、図にT2として示す軌跡で往復円弧運動し、そのピン43jによって連結リンク43hに連結されている吸気カム43bが図の実線の位置と仮想線の位置との間で揺動運動をする。すなわち、前記連結ピン43gが上方に移動するときには、連結リンク43hによってピン43jが上方に引き上げられて、吸気カム43bのカムノーズがタペット61を押し下げ、これによりバルブスプリング40d(図5(B)参照)を圧縮しながら、吸気弁40をリフトさせる。   In accordance with the reciprocating arc motion T1 of the connecting pin 43g, the other end portion (pin 43j) of the connecting link 43h whose one end portion is connected to the offset link 43e by the same connecting pin 43g reciprocates along a locus indicated by T2 in the drawing. The intake cam 43b, which moves in an arc and is connected to the connection link 43h by the pin 43j, swings between the position of the solid line and the position of the phantom line in the figure. That is, when the connecting pin 43g moves upward, the pin 43j is pulled upward by the connecting link 43h, and the cam nose of the intake cam 43b pushes down the tappet 61, thereby causing the valve spring 40d (see FIG. 5B). The intake valve 40 is lifted while compressing.

一方、連結ピン43gが下方に移動するときには、連結リンク43hによってピン43jが下方に押し下げられて、吸気カム43bのカムノーズが上昇することになるので、前記の圧縮されたバルブスプリング40dの反力によってタペット61が押し上げられて、前記カムノーズの上昇に追従するように上方に移動し、吸気弁40が引き上げられて、吸気通路24aの吸気ポートが閉じられる。   On the other hand, when the connecting pin 43g moves downward, the pin 43j is pushed downward by the connecting link 43h, and the cam nose of the intake cam 43b rises, so that the reaction force of the compressed valve spring 40d causes The tappet 61 is pushed up and moves upward so as to follow the rise of the cam nose, the intake valve 40 is pulled up, and the intake port of the intake passage 24a is closed.

つまり、大リフト制御状態では、吸気カム43bがその周面の基円面θ1およびカム面θ2の略全体によってタペット61を押圧するように大きく揺動し、このように大きな揺動角に対応してバルブのリフト量が大きくなるものである。   That is, in the large lift control state, the intake cam 43b swings greatly so as to press the tappet 61 by substantially the entire base circle surface θ1 and cam surface θ2 of the peripheral surface, and thus corresponds to such a large swing angle. This increases the lift amount of the valve.

また、前記の大リフト制御状態から、コントロールアーム43mをエキセントリックシャフト43kの軸心回りに上方へ略水平になるまで回動させて、図5(D)や図6(B)に示すように、リンクアーム43iの回動軸であるピン43nを大リフト制御状態よりもカムシャフト41aの回転方向の手前側に位置付けると、小リフト制御状態になる。この図6(B)においても図6(A)と同様に吸気弁40がリフトピーク近傍にある状態を実線で示し、リフト量Hが0の状態を仮想線で示している。   Further, from the above-mentioned large lift control state, the control arm 43m is rotated upward about the axis of the eccentric shaft 43k until it becomes substantially horizontal, as shown in FIG. 5 (D) and FIG. 6 (B), When the pin 43n, which is the rotation axis of the link arm 43i, is positioned closer to the front side in the rotational direction of the camshaft 41a than the large lift control state, the small lift control state is established. In FIG. 6B as well, as in FIG. 6A, the state where the intake valve 40 is in the vicinity of the lift peak is indicated by a solid line, and the state where the lift amount H is 0 is indicated by a virtual line.

図6(B)において、カムシャフト41a(偏心カム43d)が回転すると、前記大リフト制御状態と同様にオフセットリンク43eの連結ピン43gはリンクアーム43iによって変位が規制され、エキセントリックシャフト43kの側方に位置するピン43nを中心として、往復円弧運動T3をする(リンクアーム43iは図の実線位置と仮想線位置との間で往復回動する)。そして、その連結ピン43gの往復円弧運動T3に伴って連結リンク43hのピン43jが往復円弧運動T4をし、そのピン43jによって連結リンク43hに連結されている吸気カム43bが、図の実線の位置と仮想線の位置との間で揺動運動をして、吸気弁40を開閉するようになる。   In FIG. 6B, when the camshaft 41a (eccentric cam 43d) rotates, the displacement of the connecting pin 43g of the offset link 43e is restricted by the link arm 43i as in the large lift control state, and the side of the eccentric shaft 43k is controlled. A reciprocating arc motion T3 is performed around the pin 43n positioned at (the link arm 43i reciprocates between the solid line position and the virtual line position in the figure). Along with the reciprocating arc motion T3 of the connecting pin 43g, the pin 43j of the connecting link 43h performs the reciprocating arc motion T4, and the intake cam 43b connected to the connecting link 43h by the pin 43j is positioned in the solid line in the figure. The intake valve 40 is opened and closed by swinging between the imaginary line and the position of the imaginary line.

つまり、小リフト制御状態では、前記大リフト制御状態と比べて吸気カム43bの揺動角が小さくなり、この吸気カム43bが、その周面の基円面θ1およびこれに連続するカム面θ2の一部分のみによってタペット61を押圧するようになって、バルブのリフト量が小さくなるものである。   That is, in the small lift control state, the swing angle of the intake cam 43b is smaller than that in the large lift control state, and the intake cam 43b has a base circle surface θ1 on its peripheral surface and a cam surface θ2 continuous therewith. The tappet 61 is pressed only by a part, and the lift amount of the valve is reduced.

上述したVCT42、VVE43により、吸気弁40は、その開閉タイミング並びにバルブリフト量Hを変更可能に構成されている(後述する図12、図13参照)。   By the VCT 42 and VVE 43 described above, the intake valve 40 is configured to be able to change the opening / closing timing and the valve lift amount H (see FIGS. 12 and 13 described later).

次に、カムシャフト41aに直接駆動される吸気弁40に設けられたVVL70について説明する。   Next, the VVL 70 provided in the intake valve 40 that is directly driven by the camshaft 41a will be described.

図7は、図1の実施形態に係るVVL70の分解斜視図であり、図8は同VVL70の正面断面図、図9は同VVL70の平面断面図である。   7 is an exploded perspective view of the VVL 70 according to the embodiment of FIG. 1, FIG. 8 is a front sectional view of the VVL 70, and FIG. 9 is a plan sectional view of the VVL 70.

これらの図を参照して、VVL70は、所定のタイミングで吸気カム43aが吸気弁40のステム40aを押し下げる機能をON/OFFするいわゆるロストモーションを実現するためのものであり、図示の例では、タペット型のもので具体化されている。   With reference to these drawings, the VVL 70 is for realizing a so-called lost motion in which the function of the intake cam 43a to push down the stem 40a of the intake valve 40 is turned on / off at a predetermined timing. It is embodied in a tappet type.

VVL70は、矩形のハウジング71と、ハウジング71内に昇降可能に収容され、前記吸気弁40のステム40aの端部(ステムエンド)に固定されるサイドタペット72と、サイドタペット72に対し、当該サイドタペット72と相対変位可能に組み付けられ、吸気カム43aによって駆動されるセンタタペット73とを有している。   The VVL 70 includes a rectangular housing 71, a side tappet 72 that is housed in the housing 71 so as to be movable up and down, and is fixed to an end portion (stem end) of the stem 40 a of the intake valve 40. The center tappet 73 is assembled with the tappet 72 so as to be relatively displaceable and driven by the intake cam 43a.

ハウジング71は、シリンダヘッド23と一体化され、両タペット72、73の上死点位置およびサイドタペット73の下死点位置を規制するとともに、センタタペット73を吸気カム43aに対して臨ませる構造体である。   The housing 71 is integrated with the cylinder head 23, regulates the top dead center position of both tappets 72, 73 and the bottom dead center position of the side tappet 73, and allows the center tappet 73 to face the intake cam 43a. It is.

サイドタペット72は、略円筒形に形成されており、平面でみて前記カムシャフト41aと直交する直径方向に収容凹部72aを形成している。各壁部72bには、前記カムシャフト41aと平行な挿通孔72cが形成されている。各挿通孔72cには、有底のスリーブ状ホルダ75a、75bが、それぞれ開口部を対向させた姿勢で固定されている。各ホルダ75a、75bは、後述するように、センタタペット73のピン孔73aに収容されるピンユニット78を駆動するためのものである。一方のスリーブ状ホルダ75aの外側(他方のスリーブ状ホルダ75bの反対側)には、軸受76が固定されており、その転動体76aが、ハウジング71の内壁に形成された縦溝71a(図8、図9参照)に転がり接触している。この結果、サイドタペット72は、周方向の回動が規制された状態で、軸方向(吸気弁40を開閉する方向)沿いに移動可能になっている。サイドタペット72の下部には、バルブスプリング40dを受けるスプリングシート72dが固定されている。   The side tappet 72 is formed in a substantially cylindrical shape, and has an accommodation recess 72a in a diametrical direction perpendicular to the camshaft 41a when seen in a plan view. Each wall 72b is formed with an insertion hole 72c parallel to the camshaft 41a. The bottomed sleeve-like holders 75a and 75b are fixed to the respective insertion holes 72c in such a posture that the openings face each other. Each holder 75a and 75b is for driving the pin unit 78 accommodated in the pin hole 73a of the center tappet 73, as will be described later. A bearing 76 is fixed to the outside of one sleeve-like holder 75a (opposite side of the other sleeve-like holder 75b), and the rolling element 76a is a vertical groove 71a (see FIG. 8) formed on the inner wall of the housing 71. , See FIG. 9). As a result, the side tappet 72 is movable along the axial direction (the direction in which the intake valve 40 is opened and closed) in a state where the rotation in the circumferential direction is restricted. A spring seat 72d for receiving the valve spring 40d is fixed to the lower portion of the side tappet 72.

他方、センタタペット73は、平面でみて前記サイドタペット72の収容凹部72aの輪郭に沿う「I」字形の構造体であり、前記収容凹部72aと、ハウジング71に設けられた係止部に規定されたストロークSにおいて、サイドタペット72に対し相対的に昇降可能に組み付けられ、前記吸気カム43aに臨んでいる。   On the other hand, the center tappet 73 is an “I” -shaped structure that follows the outline of the receiving recess 72 a of the side tappet 72 as viewed in plan, and is defined by the receiving recess 72 a and a locking portion provided in the housing 71. In the stroke S, the side tappet 72 is assembled so as to be movable up and down, and faces the intake cam 43a.

センタタペット73は、サイドタペット72の収容凹部72aの底部に配置された一対のコイルばね77によって、常時、吸気カム43aの方へ付勢されている。このコイルばね77の付勢力は、バルブスプリング40dの付勢力よりも充分小さくなるよう、コイルばね77のばね係数が設定されている。このため、自由状態において、サイドタペット72の壁部72bの上面と、センタタペット73の上面とは、図8に示すように面一になっている。この自由状態において、センタタペット73には、前記挿通孔72cと同心に連通するピン孔73aが穿設されている。このピン孔73aには、ピンユニット78が収容されている。ピンユニット78は、前記一方のスリーブ状ホルダ75aの内に出没可能に設けられたロックプランジャ78aと、このロックプランジャ78aとスリーブ状ホルダ75aの間に介装されるコイルばね78bと、ロックプランジャ78aのコイルばね78bと反対側に同心に配置されたロックピン78cと、ロックピン78cを前記ロックプランジャ78a側に駆動するために前記他方のスリーブ状ホルダ75b内に進退可能に収容されるロック解除プランジャ78dと、ロックピン78cを支持するためにピン孔73aの両開口端に固定される一対のブッシュ78e、78fと、ロックピン78cの略中央部に一体形成されたフランジ78gと軸受76の配置されている側のブッシュ78eとの間に介装されて、フランジ78gを介し、ロックピン78cをロック解除プランジャ78d側へ付勢するコイルばね78hとを有している。自由状態において、ロックプランジャ78a、ロックピン78cは、それぞれ壁部72bと、センタタペット73との間に介在している。従って、この状態では、ロックプランジャ78a、ロックピン78cがセンタタペット73をサイドタペット72にロックした状態になり、センタタペット73が吸気カム43aに駆動されると、サイドタペット72を介して、吸気弁40のステム40aを押し下げ、吸気弁40を開くことになる。   The center tappet 73 is always urged toward the intake cam 43a by a pair of coil springs 77 arranged at the bottom of the housing recess 72a of the side tappet 72. The spring coefficient of the coil spring 77 is set so that the biasing force of the coil spring 77 is sufficiently smaller than the biasing force of the valve spring 40d. For this reason, in the free state, the upper surface of the wall portion 72b of the side tappet 72 and the upper surface of the center tappet 73 are flush with each other as shown in FIG. In this free state, the center tappet 73 is provided with a pin hole 73a that communicates concentrically with the insertion hole 72c. A pin unit 78 is accommodated in the pin hole 73a. The pin unit 78 includes a lock plunger 78a that can be projected and retracted in the one sleeve-shaped holder 75a, a coil spring 78b interposed between the lock plunger 78a and the sleeve-shaped holder 75a, and a lock plunger 78a. A lock pin 78c concentrically disposed on the opposite side of the coil spring 78b, and a lock release plunger that is housed in the other sleeve-like holder 75b so as to be able to advance and retreat in order to drive the lock pin 78c toward the lock plunger 78a. 78d, a pair of bushes 78e and 78f fixed to both opening ends of the pin hole 73a to support the lock pin 78c, a flange 78g and a bearing 76 integrally formed at a substantially central portion of the lock pin 78c. Between the bushing 78e on the opposite side and the flange 78g, And a coil spring 78h which urges the Kupyn 78c to the unlocked plunger 78d side. In the free state, the lock plunger 78a and the lock pin 78c are interposed between the wall 72b and the center tappet 73, respectively. Accordingly, in this state, the lock plunger 78a and the lock pin 78c lock the center tappet 73 to the side tappet 72, and when the center tappet 73 is driven by the intake cam 43a, the intake valve is connected via the side tappet 72. 40 stem 40a is pushed down and intake valve 40 is opened.

他方、ロックピン78cのロックを解除するために、他方の壁部(軸受76が設けられた壁部72bと反対側の壁部)72bと、この壁部72bに固定されたスリーブ状ホルダ75bとには、作動油路PHが形成されている。後述するECU100の制御によって、この作動油路PHに作動油回路79から作動油が供給されると、ロック解除プランジャ78dが、図8、図9の左側に駆動されて、ロックピン78cを壁部72bからセンタタペット73へ押込み、これと同時にロックプランジャ78aも対応する壁部72b内に押込まれ、これらの部材によるロックが解除される。このロック解除状態において、センタタペット73が吸気カム43aに駆動されると、センタタペット73は、サイドタペット72の収容凹部72a内で昇降し、その力は、コイルばね77に吸収されて吸気弁40のステム40aには伝達されなくなる。この結果、ピンユニット78によるロックを解除することによって、いわゆるロストモーション機能を持たせ、吸気カム43aによる吸気弁40の開弁を停止させることが可能になる。作動油回路79には、電磁弁79aが設けられており、この電磁弁79aは、制御装置としてのECU100によって制御されるようになっている。   On the other hand, in order to unlock the lock pin 78c, the other wall portion (a wall portion opposite to the wall portion 72b provided with the bearing 76) 72b, and a sleeve-like holder 75b fixed to the wall portion 72b, Is formed with a hydraulic oil passage PH. When hydraulic fluid is supplied from the hydraulic fluid circuit 79 to the hydraulic fluid path PH under the control of the ECU 100, which will be described later, the unlocking plunger 78d is driven to the left in FIGS. 8 and 9, and the lock pin 78c is moved to the wall portion. 72b is pushed into the center tappet 73, and at the same time, the lock plunger 78a is pushed into the corresponding wall 72b, and the lock by these members is released. In this unlocked state, when the center tappet 73 is driven by the intake cam 43a, the center tappet 73 moves up and down in the accommodation recess 72a of the side tappet 72, and the force is absorbed by the coil spring 77 and the intake valve 40. Is not transmitted to the stem 40a. As a result, by releasing the lock by the pin unit 78, it is possible to provide a so-called lost motion function and stop the opening of the intake valve 40 by the intake cam 43a. The hydraulic oil circuit 79 is provided with an electromagnetic valve 79a, and the electromagnetic valve 79a is controlled by the ECU 100 as a control device.

次に、図1、図2を参照して、排気システム50は、各気筒24に2つ一組で形成された排気通路24bに接続する二股状の分岐排気管51と、各分岐排気管51の下流端が集合するエキゾーストマニホールド52と、このエキゾーストマニホールド52から既燃ガスを排出する排気管53とを有している。排気管53には、酸素濃度センサ54が設けられている。   Next, referring to FIGS. 1 and 2, the exhaust system 50 includes a bifurcated branch exhaust pipe 51 connected to an exhaust passage 24 b formed in pairs in each cylinder 24, and each branch exhaust pipe 51. An exhaust manifold 52 that collects downstream ends of the exhaust manifold 52, and an exhaust pipe 53 that discharges burnt gas from the exhaust manifold 52. The exhaust pipe 53 is provided with an oxygen concentration sensor 54.

排気システム50は、前記排気通路24b毎に設けられた排気弁60を備えている。排気弁60も、一つの気筒24に対し、2つ一組で装備されている。そして、図3に示すように、排気システム50においても、一方の排気弁60には、上述した直動式のタペット61が採用されているとともに、他方の排気弁60には、ロストモーション機能を有するVVL70が装備されている。図3に示すように、吸気システム30に採用されたVVL70と、排気システム50に採用されたVVL70は、互いに気筒24を中心に対称系に配置されている。このため、後述するように、吸気弁40のVVL70が作動して、当該吸気弁40を閉弁させた際、開弁動作を行う吸気弁40に対して対角線上に位置する排気弁60を再開弁動作させることができるようになっている。   The exhaust system 50 includes an exhaust valve 60 provided for each exhaust passage 24b. The exhaust valves 60 are also provided in pairs for each cylinder 24. As shown in FIG. 3, also in the exhaust system 50, the above-described direct acting tappet 61 is adopted for one exhaust valve 60, and the lost motion function is provided for the other exhaust valve 60. Equipped with VVL70. As shown in FIG. 3, the VVL 70 employed in the intake system 30 and the VVL 70 employed in the exhaust system 50 are arranged in a symmetrical system around the cylinder 24. For this reason, as will be described later, when the VVL 70 of the intake valve 40 is activated and the intake valve 40 is closed, the exhaust valve 60 positioned diagonally with respect to the intake valve 40 that performs the valve opening operation is resumed. The valve can be operated.

図1および図2を参照して、排気システム50に採用された動弁機構62は、伝動機構64と、伝動機構64を介しクランクシャフト21の駆動力で駆動されるカムシャフト62aと、カムシャフト62aに一体化されて、所定の位相で排気弁60のステム60aを異なる位相で駆動する二組のカム62b、62cと、これらカム62b、62cとバルブステム60aとの間に介在するVVL70とを有しており、残余の構成は、前記動弁機構41と同様になっている。これらカム62b、62cは、一方(図示の例ではカム62b)が排気行程において、気筒24内の既燃ガスを排出するために排気弁60を開く第1排気カムであり、他方(図示の例ではカム62c)が、後述する吸気弁40の開弁タイミングにおいて排気弁60を再度開いて、筒内に排気ガスを還流させる第2排気カムである。図示の例において、第1排気カム62bは、2つ一組の対をなしており、第2排気カム62cは、カムシャフト62aの軸方向において、第1排気カム62b、62b間に配置されている。   1 and 2, a valve mechanism 62 employed in the exhaust system 50 includes a transmission mechanism 64, a camshaft 62a driven by the driving force of the crankshaft 21 via the transmission mechanism 64, and a camshaft. 62a, two sets of cams 62b, 62c that drive the stem 60a of the exhaust valve 60 in different phases at a predetermined phase, and a VVL 70 interposed between the cams 62b, 62c and the valve stem 60a. The remaining configuration is the same as that of the valve operating mechanism 41. These cams 62b and 62c are first exhaust cams that open the exhaust valve 60 in order to discharge the burned gas in the cylinder 24 in the exhaust stroke of one of the cams 62b and 62c (the illustrated example). Then, the cam 62c) is a second exhaust cam that reopens the exhaust valve 60 at the opening timing of the intake valve 40, which will be described later, and recirculates the exhaust gas into the cylinder. In the illustrated example, the first exhaust cams 62b form a pair, and the second exhaust cam 62c is disposed between the first exhaust cams 62b and 62b in the axial direction of the cam shaft 62a. Yes.

図10は図1の実施形態に係る排気弁に採用されたVVL70の正面断面図である。   FIG. 10 is a front sectional view of the VVL 70 employed in the exhaust valve according to the embodiment of FIG.

同図に示すように、第1排気カム62bは、VVL70のサイドタペット72に接合しており、常時、排気弁60を開閉動作させる構成になっている。他方、第2排気カム62cは、センタタペット73上に接合しており、後述する制御により、再開弁動作を停止することができるようになっている。なお図10において、62dは排気弁60のバルブスプリングである。バルブスプリング60dも吸気弁40のバルブスプリング40dと同様に、コイルばね77の付勢力に対し、充分大きな付勢力を得られるようなばね係数に設定されている。   As shown in the figure, the first exhaust cam 62b is joined to the side tappet 72 of the VVL 70, and is configured to always open and close the exhaust valve 60. On the other hand, the second exhaust cam 62c is joined on the center tappet 73 so that the restart valve operation can be stopped by the control described later. In FIG. 10, 62 d is a valve spring of the exhaust valve 60. Similarly to the valve spring 40 d of the intake valve 40, the valve spring 60 d is also set to a spring coefficient that can obtain a sufficiently large urging force with respect to the urging force of the coil spring 77.

次に、図1、図2を参照して、前記吸気システム30、排気システム50の間には、過給機としてのターボチャージャ80と、排気された既燃ガスを吸気システム30に還流させる外部EGRシステム90とが設けられている。   1 and 2, between the intake system 30 and the exhaust system 50, a turbocharger 80 as a supercharger and an external part for returning the exhausted burned gas to the intake system 30 are provided. An EGR system 90 is provided.

ターボチャージャ80は、インテークマニホールド32とエキゾーストマニホールド52との間に形成された還流通路65に介在し、排気圧によって駆動されるタービンセクション81と、タービンセクション81によって駆動され、還流通路65の吸気側に新気を導入するコンプッサセクション82と、コンプレッサセクション82から導入された新気を冷却するインタークーラ83とを有しており、基本的には、従来から用いられているものをそのまま適用することが可能である。   The turbocharger 80 is interposed in a return passage 65 formed between the intake manifold 32 and the exhaust manifold 52, and is driven by the exhaust pressure, and is driven by the turbine section 81. The compressor section 82 for introducing fresh air and the intercooler 83 for cooling the fresh air introduced from the compressor section 82 are basically used as they are. Is possible.

外部EGRシステム90は、前記還流通路65に前記ターボチャージャ80と並列に接続され、EGRクーラー91と、EGR弁92と、EGR弁92を駆動するアクチュエータ93とを備えた公知のシステムである。   The external EGR system 90 is a known system that is connected to the reflux passage 65 in parallel with the turbocharger 80 and includes an EGR cooler 91, an EGR valve 92, and an actuator 93 that drives the EGR valve 92.

4サイクルガソリンエンジン10には、運転制御装置としてのECU100が設けられている。   The 4-cycle gasoline engine 10 is provided with an ECU 100 as an operation control device.

図1を参照して、ECU100は、CPU101、メモリ102、インターフェース103並びにこれらのユニット101〜103を接続するバス104を有している。   Referring to FIG. 1, ECU 100 has a CPU 101, a memory 102, an interface 103, and a bus 104 that connects these units 101 to 103.

ECU100のメモリ102には、図11〜図15の特性に基づく制御マップやデータ並びにプログラムが記憶されており、CPU101がこれら制御マップやデータ並びにプログラムを実行することによって、図2に示すように、運転状態を判定する運転状態判定手段110と、判定された運転状態に応じて吸気弁40の動弁機構41、62を制御するバルブ制御手段120とを機能的に有している。なお、バルブ制御手段120は、電磁弁79a、179aを駆動制御することにより、吸気システム30および排気システム50にそれぞれ採用されているVVL70のロックを切換制御するVVL制御手段121と、吸気システム30の動弁機構41に設けられたVCT42の電磁弁42eを制御するVCT制御手段122と、吸気システム30に設けられたVVE43のステッピングモータ43rを制御するVVE制御手段123とを機能的に備えている。   The memory 102 of the ECU 100 stores control maps, data, and programs based on the characteristics shown in FIGS. 11 to 15, and the CPU 101 executes these control maps, data, and programs as shown in FIG. An operation state determination unit 110 that determines the operation state and a valve control unit 120 that controls the valve operating mechanisms 41 and 62 of the intake valve 40 according to the determined operation state are functionally provided. The valve control means 120 controls the driving of the electromagnetic valves 79a and 179a, thereby switching the VVL control means 121 used for the intake system 30 and the exhaust system 50, and the intake system 30. VCT control means 122 for controlling the electromagnetic valve 42e of the VCT 42 provided in the valve operating mechanism 41 and VVE control means 123 for controlling the stepping motor 43r of the VVE 43 provided in the intake system 30 are functionally provided.

ECU100のバス104には、入力要素として、クランク角センサ27、エアフローセンサ34、酸素濃度センサ54、並びにアクセル開度センサ66が接続されている。他方、制御要素として、スロットル弁36のアクチュエータ37、動弁機構41のVCT42に設けられた電磁弁42e、各VVL70を駆動する作動油回路79、179の電磁弁79a、179a、吸気システム30に設けたVVE43のステッピングモータ43r、並びに外部EGRシステム90のアクチュエータ93が接続されている。   A crank angle sensor 27, an airflow sensor 34, an oxygen concentration sensor 54, and an accelerator opening sensor 66 are connected to the bus 104 of the ECU 100 as input elements. On the other hand, as control elements, the actuator 37 of the throttle valve 36, the electromagnetic valve 42e provided in the VCT 42 of the valve operating mechanism 41, the electromagnetic valves 79a and 179a of the hydraulic oil circuits 79 and 179 that drive each VVL 70, and the intake system 30 are provided. A stepping motor 43r of the VVE 43 and an actuator 93 of the external EGR system 90 are connected.

次に、ECU100に記憶されている制御特性について、図11〜図15を参照しながら説明する。   Next, the control characteristics stored in the ECU 100 will be described with reference to FIGS.

図11は、図1の実施形態に係る運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す特性図である。   FIG. 11 is a characteristic diagram illustrating an example of operation region setting for performing control according to the operation state according to the embodiment of FIG. 1.

同図を参照して、ECU100に設定されている運転領域としては、いわゆる圧縮自己着火運転(図中にHCCIと表記)を行う領域Aと、この領域A以外の領域Bとが設定されている。領域Aは、比較的回転数neが低い低中回転領域において、所定のエンジン負荷以下の場合が設定されている。   Referring to the figure, as an operation region set in ECU 100, a region A where so-called compression self-ignition operation (denoted as HCCI in the drawing) and a region B other than region A are set. . In the region A, a case where the engine load is equal to or lower than a predetermined engine load is set in a low / medium rotational region where the rotational speed ne is relatively low.

領域Aでは、さらに、エンジン負荷が低負荷側の低負荷運転領域A1と、高負荷側の高負荷運転領域A2とに分けられており、両者の境界部分が中負荷運転領域A3となっている。   In the region A, the engine load is further divided into a low load operation region A1 on the low load side and a high load operation region A2 on the high load side, and the boundary portion between them is the medium load operation region A3. .

ECU100の運転状態判定手段110は、クランク角センサ27やアクセル開度センサ66等から、エンジンの運転状態を検出し、何れの運転状態にあるかを判定する。   The operating state determining means 110 of the ECU 100 detects the operating state of the engine from the crank angle sensor 27, the accelerator opening sensor 66, and the like, and determines which operating state it is in.

図12および図13は、図11において、排気弁60の再開弁動作を行わせる領域Aと判定された場合の開弁動作の特性を示す特性図である。   FIGS. 12 and 13 are characteristic diagrams showing the characteristics of the valve opening operation when it is determined in FIG. 11 that the region A is the region where the exhaust valve 60 is restarted.

各図を参照して、本実施形態においては、運転状態が領域Aにあると判定された場合、バルブ制御手段120は、吸気弁40を上死点付近で開弁して下死点よりも前に閉弁するようにしつつ、吸気行程の途中で排気弁60に再開弁動作を開始させ、下死点付近から圧縮行程初期にかけての期間内に排気弁60を閉弁させるように設定されている。   With reference to each drawing, in this embodiment, when it is determined that the operating state is in the region A, the valve control unit 120 opens the intake valve 40 near the top dead center and lower than the bottom dead center. The exhaust valve 60 is set to close within the period from the bottom dead center to the beginning of the compression stroke while the exhaust valve 60 is started in the middle of the intake stroke while the valve is closed before. Yes.

この設定に対する制御は、バルブ制御手段120のVVL制御手段121が、各動弁機構41、62の電磁弁79a、179aを、VVE制御手段123が、吸気システム30のVVE43を制御することにより実現される。   Control for this setting is realized by the VVL control means 121 of the valve control means 120 controlling the electromagnetic valves 79a and 179a of the valve operating mechanisms 41 and 62, and the VVE control means 123 controlling the VVE 43 of the intake system 30. The

具体的には、運転領域が領域Aである場合、VVL制御手段121は、吸気システム30に採用されているVVL70のロックを解除して、専ら吸気カム43bのみによって、開弁動作するように制御するとともに、排気システム50に採用されているVVL70のロックを保持して、排気弁60による再開弁動作を行われるように制御する。また、VVE制御手段123は、吸気システム30に採用されているVVE43を制御することにより、吸気カム43bによる開弁量を無段階で変更するように制御する。   Specifically, when the operation region is the region A, the VVL control unit 121 performs control so that the VVL 70 employed in the intake system 30 is unlocked and the valve opening operation is performed exclusively by the intake cam 43b. At the same time, the VVL 70 employed in the exhaust system 50 is held locked, and the restart valve operation by the exhaust valve 60 is controlled. Further, the VVE control means 123 controls the VVE 43 employed in the intake system 30 so as to change the valve opening amount by the intake cam 43b steplessly.

ここで、運転状態が低負荷運転領域A1および中負荷運転領域A3であると判定された場合、図12に示すように、吸気弁40のバルブリフト量(開弁量)Hは、小リフト量に設定される。排気弁60の再開弁動作時のバルブリフト量(開弁量)Hは、排気カム62cのカム形状により、吸気弁40が小リフト量に設定されているときと概ね同量のバルブリフト量に設定されている。この態様では、動弁機構41のVCT制御手段122は、吸気弁40を上死点(クランク角度CA=0°)付近で開弁動作させ、吸気行程が2/3(クランク角度CA=120°)経過した付近で閉弁動作させるように構成されている。また、VVE制御手段123は、図5(C)(D)、図6(B)で説明したように、VVE43のステッピングモータ43rを駆動制御することにより、バルブリフト量Hを小リフトに設定する。   Here, when it is determined that the operation state is the low load operation region A1 and the medium load operation region A3, as shown in FIG. 12, the valve lift amount (open valve amount) H of the intake valve 40 is a small lift amount. Set to Due to the cam shape of the exhaust cam 62c, the valve lift amount (valve opening amount) H during the restart valve operation of the exhaust valve 60 is approximately the same as the valve lift amount when the intake valve 40 is set to a small lift amount. Is set. In this aspect, the VCT control means 122 of the valve operating mechanism 41 opens the intake valve 40 near the top dead center (crank angle CA = 0 °), and the intake stroke is 2/3 (crank angle CA = 120 °). ) It is configured to perform a valve closing operation in the vicinity of the elapsed time. The VVE control means 123 sets the valve lift amount H to a small lift by driving and controlling the stepping motor 43r of the VVE 43 as described with reference to FIGS. .

他方、運転状態が高負荷運転領域A2であると判定された場合、図13に示すように、吸気弁40のバルブリフト量(開弁量)Hが大リフト量に設定される。この態様では、動弁機構41のVCT制御手段122は、吸気弁40を上死点(クランク角度CA=0°)付近で開弁動作させ、吸気行程が3/4(クランク角度CA=135°)経過後の下死点(クランク角度CA=180°)前(例えばクランク角度CA=150°)付近で閉弁動作させるように構成されている。また、VVE制御手段123は、図5(A)(B)、図6(A)で説明したように、VVE43のステッピングモータ43rを駆動制御することにより、バルブリフト量Hを大リフトに設定する。   On the other hand, when it is determined that the operation state is the high load operation region A2, as shown in FIG. 13, the valve lift amount (valve opening amount) H of the intake valve 40 is set to a large lift amount. In this aspect, the VCT control means 122 of the valve operating mechanism 41 opens the intake valve 40 near the top dead center (crank angle CA = 0 °), and the intake stroke is 3/4 (crank angle CA = 135 °). ) After the elapse of time, the valve is closed before the bottom dead center (crank angle CA = 180 °) (for example, crank angle CA = 150 °). Further, as described with reference to FIGS. 5A, 5B, and 6A, the VVE control unit 123 sets the valve lift amount H to a large lift by drivingly controlling the stepping motor 43r of the VVE 43. .

このように、本実施形態のバルブ制御手段120は、エンジン負荷に応じ、排気弁60の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの高負荷運転領域A2では低負荷運転領域A1および中負荷運転領域A3に比べて吸気弁40のバルブリフト量Hが大きくなるように吸気弁駆動手段としての動弁機構41を制御する制御手段を構成している。   As described above, the valve control unit 120 according to the present embodiment has the low load operation region A1 and the medium load operation region in the high load operation region A2 in the operation region in which the restart valve operation of the exhaust valve 60 is performed according to the engine load. Control means for controlling the valve operating mechanism 41 as intake valve drive means is configured so that the valve lift amount H of the intake valve 40 becomes larger than A3.

ここで、本実施形態においては、低負荷運転領域A1では、一方の吸気弁40を閉弁手段としてのVVL70およびコントロール弁79aで停止させ、吸気カム43aのみがタペット61を駆動することによって、吸気動作を行うようにするとともに、開弁動作を行う吸気弁40に対して対角線上に位置する排気弁60(図3において、VVL70が配置されている側の排気弁60)を再開弁動作させるように動弁機構41およびVVE43を構成している。従って本実施形態では、低負荷運転領域A1においては、一方の吸気弁40を閉じるとともに、開弁動作を行う吸気弁40に対して対角線上に位置する排気弁60を再開弁動作させるので、吸気時にスワールが生じる。この結果、気筒24内の混合気の乱れが生じ、吸気通路24aから導入された新気と排気弁60から導入された既燃ガスとの混合が促進される。このため、速やかな温度上昇を図ることができ、より確実に圧縮自己着火を行うことが可能になる。また、乱れにより、燃料との混合も促進されるので、燃費が改善する他、リーン燃焼限界の向上にも寄与することになる。   Here, in the present embodiment, in the low load operation region A1, one intake valve 40 is stopped by the VVL 70 and the control valve 79a as valve closing means, and only the intake cam 43a drives the tappet 61, thereby In addition to performing the operation, the exhaust valve 60 (exhaust valve 60 on the side where the VVL 70 is disposed in FIG. 3) located on the diagonal line with respect to the intake valve 40 that performs the valve opening operation is restarted. The valve mechanism 41 and the VVE 43 are configured. Therefore, in the present embodiment, in the low load operation region A1, the one intake valve 40 is closed and the exhaust valve 60 positioned diagonally with respect to the intake valve 40 that performs the valve opening operation is restarted, so that the intake air Sometimes swirl occurs. As a result, the air-fuel mixture in the cylinder 24 is disturbed, and the mixing of fresh air introduced from the intake passage 24a and burned gas introduced from the exhaust valve 60 is promoted. For this reason, a rapid temperature rise can be achieved, and compression self-ignition can be performed more reliably. Moreover, since the mixing with the fuel is promoted by the disturbance, the fuel efficiency is improved and the lean combustion limit is also improved.

なお、運転領域が領域Bであると判定された場合、VVL制御手段121は、吸気システム30に採用されているVVL70のロックを保持し、両吸気カム43a、43bによって、開弁動作するように制御するとともに、排気システム50に採用されているVVL70のロックを解除して、排気弁60による再開弁動作を制止する。これにより、一般的な運転モードを得ることが可能になる。   When it is determined that the operation region is the region B, the VVL control unit 121 holds the lock of the VVL 70 employed in the intake system 30 and opens the valve by both the intake cams 43a and 43b. While controlling, the lock | rock of VVL70 employ | adopted by the exhaust system 50 is cancelled | released, and the restart valve operation | movement by the exhaust valve 60 is stopped. This makes it possible to obtain a general operation mode.

図12、図13のような設定で開弁動作を制御した場合、圧縮上死点付近での筒内温度Tp、ブースト圧P、充填効率ηv、内部EGR率mは、それぞれ図14および図15で示す特性になる。   When the valve opening operation is controlled with the settings shown in FIGS. 12 and 13, the in-cylinder temperature Tp, the boost pressure P, the charging efficiency ηv, and the internal EGR rate m near the compression top dead center are shown in FIGS. 14 and 15, respectively. It becomes the characteristic shown by.

図14は、ブースト圧Pを横軸として、圧縮上死点付近での筒内温度Tp、充填効率ηv、内部EGR率mの関係を示したグラフであり、図15は、充填効率ηvを横軸として、圧縮上死点付近での筒内温度Tp、ブースト圧Pの関係を示したグラフである。なお各グラフにおいて、添え字Lは、図12の特性に基づく低負荷運転領域A1および中負荷運転領域A3での運転状態、添え字Hは、図13の特性に基づく高負荷運転領域A2での運転状態の特性であることをそれぞれ示している。   FIG. 14 is a graph showing the relationship between the in-cylinder temperature Tp, the charging efficiency ηv, and the internal EGR rate m near the compression top dead center with the boost pressure P as the horizontal axis, and FIG. It is the graph which showed the relationship between the cylinder temperature Tp in the vicinity of a compression top dead center, and the boost pressure P as an axis | shaft. In each graph, the subscript L is the operating state in the low load operation region A1 and the medium load operation region A3 based on the characteristics of FIG. 12, and the subscript H is the high load operation region A2 based on the characteristics of FIG. It shows that it is a characteristic of the driving state.

図14に示すように、ブースト圧Pの変化割合と筒内温度Tpとの関係では、図12、図13の何れの特性においても、ブースト圧Pが高圧になるにつれて、筒内温度Tpが減少する特性なっているとともに、図13の特性を採用した場合の方が、筒内温度Tpが低くなり、図12の特性を採用した場合には、筒内温度Tpが高くなるようになっている。これは、図12の特性では、排気弁60の再開弁動作時に既燃ガスが気筒24内に導入されやすくなることによって、内部EGR率mが高まるため(図14の内部EGR率mL参照)、吸気行程において、吸気弁40が小リフト量で開弁することと相俟って、新気の導入量が制限され、筒内温度が上がりやすい傾向にあるからである。これによって、本実施形態では、低負荷運転領域A1および中負荷運転領域A3での筒内温度Tpを比較的高温に維持し、ポンピングロスを低減しつつ、確実な圧縮自己着火を実現することが可能になる。 As shown in FIG. 14, in the relationship between the change rate of the boost pressure P and the in-cylinder temperature Tp, the in-cylinder temperature Tp decreases as the boost pressure P increases in any of the characteristics of FIGS. The in-cylinder temperature Tp is lower when the characteristic of FIG. 13 is adopted, and the in-cylinder temperature Tp is higher when the characteristic of FIG. 12 is adopted. . This is because, in the characteristics of FIG. 12, the burned gas is easily introduced into the cylinder 24 during the restart valve operation of the exhaust valve 60, thereby increasing the internal EGR rate m ( see the internal EGR rate ml in FIG. 14). This is because, in the intake stroke, coupled with the fact that the intake valve 40 opens with a small lift amount, the amount of fresh air introduced is limited, and the in-cylinder temperature tends to increase. As a result, in this embodiment, the in-cylinder temperature Tp in the low load operation region A1 and the medium load operation region A3 is maintained at a relatively high temperature, and a reliable compression self-ignition can be realized while reducing the pumping loss. It becomes possible.

他方、図13の特性では、吸気行程において、吸気弁40が大バルブリフト量で開弁するので、新気が導入されやすくなり、EGR率が相対的に低減されるからである。ここで本実施形態におけるECU100は、高負荷運転領域A2においては、多連スロットル弁36を閉じ気味にして、新気量を低減し、外部EGR率を高めるように設定されている。これにより、外部EGR手段としての外部EGRシステム90によって、比較的冷たい外部EGRガスを筒内に大量に導入することと相俟り、筒内温度Tpを低減し、ノッキングを抑制することができる。   On the other hand, in the characteristics shown in FIG. 13, since the intake valve 40 is opened with a large valve lift during the intake stroke, new air is easily introduced, and the EGR rate is relatively reduced. Here, in the high load operation region A2, the ECU 100 in the present embodiment is set to close the multiple throttle valve 36 to reduce the amount of fresh air and increase the external EGR rate. Thereby, the external EGR system 90 as the external EGR means can be coupled with introducing a large amount of relatively cold external EGR gas into the cylinder, reducing the in-cylinder temperature Tp and suppressing knocking.

また、図15を参照して、充填効率ηvとブースト圧Pとの関係で見ると、図12の特性では、内部EGR率mが高くなるため、高いブースト圧Pでも、低めの充填効率ηv(エンジン負荷相当)とすることができる。ここで本実施形態におけるECU100は、低負荷運転領域A1および中負荷運転領域A3においては、多連スロットル弁36を開き気味にするように設定されている。これにより、ポンピングロスを低減し、燃費の向上を図ることができることになる。   Referring to FIG. 15, the relationship between the charging efficiency ηv and the boost pressure P shows that the internal EGR rate m is high in the characteristics of FIG. 12, so that the lower charging efficiency ηv ( Engine load). Here, the ECU 100 in the present embodiment is set to open the multiple throttle valve 36 in the low load operation region A1 and the medium load operation region A3. Thereby, pumping loss can be reduced and fuel consumption can be improved.

他方、図13の特性では、内部EGR率mが抑制されて、同一ブースト圧Pに対する充填効率ηvは高くなっており、新気による充填効率ηvが優先されている。そのため、大気圧に近い高いブースト圧Pにおいて、高めの充填効率ηvを確保することができる。従って、高負荷運転領域A2においては、吸気通路24aへの既燃ガスの吹き返しが抑制され、新気による冷却効果と相俟って、ノッキング防止を図ることができる。さらに本実施形態では、吸気弁40のバルブリフト量を大バルブリフトに変更することにより、外部EGRシステム90による比較的低温の外部EGRガスを大量に導入することができる結果、一層、ノッキングの抑制に寄与することになる。   On the other hand, in the characteristics of FIG. 13, the internal EGR rate m is suppressed, the charging efficiency ηv for the same boost pressure P is high, and the charging efficiency ηv due to fresh air is given priority. Therefore, a high filling efficiency ηv can be ensured at a high boost pressure P close to atmospheric pressure. Therefore, in the high load operation region A2, the burned gas is prevented from being blown back into the intake passage 24a, and combined with the cooling effect by the fresh air, it is possible to prevent knocking. Furthermore, in this embodiment, by changing the valve lift amount of the intake valve 40 to a large valve lift, it is possible to introduce a large amount of relatively low-temperature external EGR gas by the external EGR system 90, thereby further suppressing knocking. Will contribute.

ここで、図15の仮想線Psで示すように、本実施形態においては、上述したVVE43のステッピングモータ43rを無段階で制御し、エンジン負荷が漸増するに連れて、滑らかに図12の特性から図13の特性にシフトするように前記バルブ制御手段120のVVE制御手段123が設定されている。これにより、個々の運転状態に対して、最適な特性でエンジンの吸排気制御を実行することが可能になる。   Here, as shown by the phantom line Ps in FIG. 15, in this embodiment, the stepping motor 43 r of the VVE 43 described above is controlled steplessly, and as the engine load gradually increases, the characteristics of FIG. The VVE control means 123 of the valve control means 120 is set so as to shift to the characteristics shown in FIG. This makes it possible to execute intake / exhaust control of the engine with optimum characteristics for each operating state.

以上説明したように、本実施形態においては、排気弁60を吸気行程で再開弁動作させるに当たり、排気弁駆動手段としての動弁機構62が吸気行程途中で開弁させ、下死点付近から圧縮行程初期にかけての期間内に閉弁させるので、新気が排気通路24bから排出されるのを抑制するとともに、吸気通路24a側へ既燃ガスが排出されるのを抑制しつつ、排気弁駆動手段としての動弁機構62によって、排気弁60が吸気行程途中で再開弁動作し、下死点付近から圧縮行程初期にかけての期間内に閉弁するので、この開弁動作において、排気行程で排出された既燃ガスを内部EGRガスとして比較的大量に気筒24内に導入することができる。これにより、ブースト圧P(吸気圧力)ができるだけ高い状態(大気圧側に寄った状態)で、充填効率ηvと内部EGR率mが変化する範囲を拡げて、エンジンの運転状態の変化に応じ、エンジン負荷に適した必要な充填効率ηvと適正な内部EGR率mを確保できる。その結果、ポンピングロスを低減しつつ、圧縮行程での圧縮自己着火性能を向上することができる。また、吸気行程において排気弁60を開く構成を採用しているので、排気弁60がピストンと干渉しないタイミングで内部EGRを実現することができる。従って、幾何学的な圧縮比を可及的に高めることが可能になる(例えば圧縮比=12)。そして、本実施形態では、このVVE43を制御手段としてのバルブ制御手段120(より詳細には、VVE制御手段123)が制御することにより、エンジン負荷に応じ、排気弁60の再開弁動作を行わせる運転領域Aのうちの高負荷運転領域A2では低負荷運転領域A1および中負荷運転領域A3に比べて吸気弁40のバルブリフト量Hが大きくなるので、ノッキングが生じやすい高負側ほど、内部EGRガスの導入量を減らして、筒内温度Tpの過剰上昇を抑制することが可能になる。この結果、圧縮自己着火が可能な領域を可及的に高負荷運転領域A2にまで拡げることが可能になる。   As described above, in the present embodiment, when the exhaust valve 60 is restarted during the intake stroke, the valve mechanism 62 as the exhaust valve driving means is opened during the intake stroke and compressed from near the bottom dead center. Since the valve is closed within the period until the initial stage of the stroke, the exhaust valve drive means suppresses the discharge of fresh air from the exhaust passage 24b and suppresses the discharge of burned gas to the intake passage 24a side. Therefore, the exhaust valve 60 restarts during the intake stroke and closes in the period from the bottom dead center to the beginning of the compression stroke. In this valve opening operation, the exhaust valve 60 is discharged during the exhaust stroke. The burned gas can be introduced into the cylinder 24 in a relatively large amount as internal EGR gas. Thereby, in a state where the boost pressure P (intake pressure) is as high as possible (a state close to the atmospheric pressure side), the range in which the charging efficiency ηv and the internal EGR rate m change is expanded, and according to the change in the engine operating state, The required charging efficiency ηv suitable for the engine load and the appropriate internal EGR rate m can be ensured. As a result, the compression self-ignition performance in the compression stroke can be improved while reducing the pumping loss. Moreover, since the structure which opens the exhaust valve 60 in the intake stroke is employ | adopted, internal EGR is realizable at the timing which the exhaust valve 60 does not interfere with a piston. Therefore, the geometric compression ratio can be increased as much as possible (for example, compression ratio = 12). In the present embodiment, the VVE 43 is controlled by the valve control unit 120 (more specifically, the VVE control unit 123) as a control unit, so that the exhaust valve 60 is restarted according to the engine load. In the high load operation region A2 in the operation region A, the valve lift amount H of the intake valve 40 is larger than that in the low load operation region A1 and the medium load operation region A3. It is possible to reduce the amount of gas introduced and suppress an excessive increase in the in-cylinder temperature Tp. As a result, it is possible to expand the region where compression self-ignition is possible to the high load operation region A2 as much as possible.

特に本実施形態では、排気弁60の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの少なくとも高負荷運転領域A2では、吸気弁40のバルブリフト量Hを排気弁60の再開弁動作によるバルブリフト量Hよりも大きくなるように設定している。従って、本実施形態では、高負荷運転領域A2において、新気の充填量を確保することができるので、吸気通路24aへの既燃ガスの吹き返しを抑制しつつ、充填効率ηvを確保することができる。また、新気が大量に導入されるので、筒内温度Tpの低減をも図ることができ、ノッキングの抑制にも寄与する。   Particularly in the present embodiment, at least in the high load operation region A2 of the operation region in which the restart valve operation of the exhaust valve 60 is performed, the valve lift amount H of the intake valve 40 is set to the valve lift amount H by the restart valve operation of the exhaust valve 60. It is set to be larger. Therefore, in the present embodiment, since the amount of fresh air can be ensured in the high load operation region A2, it is possible to ensure the charging efficiency ηv while suppressing the return of burned gas to the intake passage 24a. it can. Further, since a large amount of fresh air is introduced, the in-cylinder temperature Tp can be reduced, which contributes to suppression of knocking.

さらに本実施形態においては、図12、図13で説明したように、排気弁60の再開弁動作を行わせる運転領域A内で、吸気弁40のバルブリフト量Hを排気弁60の再開弁動作によるバルブリフト量H以上としつつ、両者の比率を運転状態に応じて変化させるようにしている。そのため本実施形態では、運転状態に応じて内部EGR率mと充填効率ηvとの調整を図ることができるので、高負荷側では、内部EGR率mを低減しつつ、充填効率ηvを高めることができるとともに、低負荷運転領域A1では、内部EGR率mを高めて筒内温度Tpの上昇を図り、圧縮自己着火性能を向上することが可能になる。従って、個々の運転領域に応じて、最適な内部EGR率m、充填効率ηvを維持することが可能になる。   Further, in the present embodiment, as described with reference to FIGS. 12 and 13, the valve lift amount H of the intake valve 40 is set to the restart valve operation of the exhaust valve 60 within the operation region A in which the restart valve operation of the exhaust valve 60 is performed. The ratio between the two is changed in accordance with the operation state while the valve lift amount is not less than H. Therefore, in this embodiment, the internal EGR rate m and the charging efficiency ηv can be adjusted according to the operating state. Therefore, on the high load side, the charging efficiency ηv can be increased while reducing the internal EGR rate m. In addition, in the low load operation region A1, it is possible to increase the internal EGR rate m and increase the in-cylinder temperature Tp, thereby improving the compression self-ignition performance. Therefore, it is possible to maintain the optimal internal EGR rate m and filling efficiency ηv according to the individual operation regions.

また本実施形態においては、還流通路(外部EGR通路)65を介して冷却された排気ガスを吸気システム30に還流させる外部EGR手段としての外部EGRシステム90を備えるとともに、排気弁60の再開弁動作を行わせる運転領域のうちでノッキングが生じ易い運転領域、すなわち、高負荷運転領域A2では、外部EGRシステム90による内部EGR率mを増大させるようにしている。従って、本実施形態では、外部EGRシステム90によって、比較的冷たい外部EGRガスを気筒24に導入することにより、筒内温度Tpを低減し、ノッキングを抑制することができる。   Further, in the present embodiment, an external EGR system 90 is provided as an external EGR means for returning the exhaust gas cooled via the recirculation passage (external EGR passage) 65 to the intake system 30, and the resuming valve operation of the exhaust valve 60 is performed. In the operation region where knocking is likely to occur, that is, the high load operation region A2, the internal EGR rate m by the external EGR system 90 is increased. Therefore, in this embodiment, by introducing a relatively cool external EGR gas into the cylinder 24 by the external EGR system 90, the in-cylinder temperature Tp can be reduced and knocking can be suppressed.

さらに本実施形態のバルブ制御手段120は、図15で説明したように、排気弁60の再開弁動作を行わせる運転領域Aのうちの低負荷運転領域A1および中負荷運転領域A3では、高負荷運転領域A2に対して吸気弁40のバルブリフト量Hを小さくし、中負荷運転領域A3から高負荷運転領域A2に移行するにつれて吸気弁40のバルブリフト量Hを次第に増大させるように動弁機構41、62を制御するものである。本実施形態では、低負荷運転領域A1および中負荷運転領域A3では、充填効率ηvに対し、ブースト圧の変化割合が大きい特性になるものの、内部EGR率mを高め、筒内温度Tpの上昇による確実な圧縮自己着火の実現や、ポンピングロスの低減を図ることが可能になる。一方、高負荷運転領域A2では、充填効率ηvに対し、ブースト圧の変化割合が小さい特性にして、内部EGR率m並びにそれに伴う温度上昇を抑制することにより、ノッキングを防止しつつ、充填効率ηvを高めることが可能になる。ここで、本実施形態では、バルブ制御手段120が、中負荷運転領域A3から高負荷運転領域A2に移行するにつれて吸気弁40のバルブリフト量Hを次第に増大させるように動弁機構41、62を制御するので、筒内温度Tpと充填効率ηvとのバランスをスムーズに切換えて、運転状態に応じて最適な制御状態を得ることが可能になる。   Further, as described with reference to FIG. 15, the valve control unit 120 of the present embodiment has a high load in the low load operation region A1 and the medium load operation region A3 in the operation region A in which the restart valve operation of the exhaust valve 60 is performed. The valve operating mechanism is such that the valve lift amount H of the intake valve 40 is made smaller than the operation region A2, and the valve lift amount H of the intake valve 40 is gradually increased as the operation shifts from the medium load operation region A3 to the high load operation region A2. 41 and 62 are controlled. In the present embodiment, in the low-load operation region A1 and the medium-load operation region A3, although the change rate of the boost pressure is large with respect to the charging efficiency ηv, the internal EGR rate m is increased and the cylinder temperature Tp is increased. It is possible to achieve reliable compression self-ignition and reduce pumping loss. On the other hand, in the high load operation region A2, the charging efficiency ηv is reduced while preventing knocking by suppressing the internal EGR rate m and the accompanying temperature rise by making the change rate of the boost pressure small with respect to the charging efficiency ηv. Can be increased. Here, in the present embodiment, the valve control mechanism 120 is configured so that the valve control mechanism 120 gradually increases the valve lift amount H of the intake valve 40 as it shifts from the medium load operation region A3 to the high load operation region A2. Since the control is performed, it is possible to smoothly switch the balance between the in-cylinder temperature Tp and the charging efficiency ηv and obtain an optimal control state according to the operating state.

以上説明したように、本実施形態によれば、4サイクルガソリンエンジン10で圧縮自己着火を実現するに当たり、機械的な圧縮比を可及的に高め、ブースト圧Pを可及的に高めながら充填効率ηvの変化幅を拡大することにより、エンジンの運転状態の変化に応じて、ポンピングロスの低減を図りつつ、圧縮自己着火やトルクの確保のために適した必要な充填効率ηvと適正な内部EGR率mとを確保するという顕著な効果を奏する。   As described above, according to the present embodiment, in realizing the compression self-ignition in the 4-cycle gasoline engine 10, the mechanical compression ratio is increased as much as possible, and the boost pressure P is increased as much as possible. By expanding the change range of the efficiency ηv, the pumping loss is reduced according to the change in the operating state of the engine, and the necessary charging efficiency ηv suitable for securing compression self-ignition and torque and the appropriate internal There is a remarkable effect of securing the EGR rate m.

上述した実施形態は、本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。   The above-described embodiments are merely preferred specific examples of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiments.

図16は、本発明の別の実施形態に係る気筒の一つを概略的に示す平面略図であり、図17は、同実施形態に対応する吸気システムの動弁機構を概略的に示す斜視図である。   FIG. 16 is a schematic plan view schematically showing one of cylinders according to another embodiment of the present invention, and FIG. 17 is a perspective view schematically showing a valve mechanism of an intake system corresponding to the same embodiment. It is.

まず、図16を参照して、図示の実施形態では、吸気弁40および排気弁60を1気筒当たり2弁ずつ設けるに当たり、吸気システム30については、VVLを採用せず、何れの吸気弁40にも直動式のタペット61が装備されている。他方、図17に示すように、各吸気弁40のタペット61を駆動する吸気カム43a、43bは、カムジャーナル43cを介して一体化されている。   First, referring to FIG. 16, in the illustrated embodiment, when two intake valves 40 and two exhaust valves 60 are provided per cylinder, the intake system 30 does not employ VVL, Is also equipped with a direct-acting tappet 61. On the other hand, as shown in FIG. 17, the intake cams 43a and 43b that drive the tappets 61 of the intake valves 40 are integrated via a cam journal 43c.

この構成におけるVVE制御手段123は、領域Aでの運転時には、バルブリフト量Hを最大リフト量に設定し、領域Aでの運転時には、エンジン負荷に応じてバルブリフト量Hを増減するように構成される。   The VVE control means 123 in this configuration is configured to set the valve lift amount H to the maximum lift amount during operation in the region A, and to increase or decrease the valve lift amount H according to the engine load during operation in the region A. Is done.

この構成では、図1の実施形態のように、スワール効果を持たせるような開弁動作はできないものの、吸気システム30にVVLやVVLを制御する油圧機構が不要となるので、ハード面で構成を簡略化し、コストを低減することが可能になる。   In this configuration, unlike the embodiment of FIG. 1, the valve opening operation that gives a swirl effect cannot be performed, but a hydraulic mechanism for controlling VVL or VVL is not required in the intake system 30, so the configuration in terms of hardware is not required. It becomes possible to simplify and reduce the cost.

その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることは、いうまでもない。   In addition, it goes without saying that various modifications are possible within the scope of the claims of the present invention.

本発明の実施の一形態に係る4サイクルガソリンエンジンの概略構成を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of a four-cycle gasoline engine according to an embodiment of the present invention. 図1に係るエンジン本体の一つの気筒とそれに対して設けられた吸排気弁等の構造を示す断面略図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of one cylinder of the engine body according to FIG. 1 and intake and exhaust valves provided for the cylinder. 図1の実施形態に係る気筒に設けられた吸気弁および排気弁の模式的な平面略図である。FIG. 2 is a schematic plan view of an intake valve and an exhaust valve provided in a cylinder according to the embodiment of FIG. 1. 図1の実施形態に係る動弁機構の具体的な構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the specific structure of the valve mechanism which concerns on embodiment of FIG. 図4のVVEの要部を示す断面図であり、(A)は大リフト制御状態においてリフト量が0のときを示し、(B)は大リフト制御状態においてリフト量が最大のときを示し、(C)は小リフト制御状態においてリフト量が0のときを示し、(D)は小リフト制御状態においてリフト量が最大のときを示している。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the main part of the VVE in FIG. 4, (A) shows when the lift amount is 0 in the large lift control state, (B) shows when the lift amount is maximum in the large lift control state, (C) shows when the lift amount is 0 in the small lift control state, and (D) shows when the lift amount is maximum in the small lift control state. 図5(B)(D)の制御状態を模式的に表わすものであり、(A)は大リフト制御位置、(B)は小リフト制御位置に対応している。FIGS. 5B and 5D schematically represent the control states, where FIG. 5A corresponds to the large lift control position, and FIG. 5B corresponds to the small lift control position. 図1の実施形態に係るVVLの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of VVL which concerns on embodiment of FIG. 同VVLの正面断面図である。It is front sectional drawing of the same VVL. 同VVLの平面断面図である。It is a plane sectional view of the same VVL. 図1の実施形態に係る排気弁に採用されたVVLの正面断面図である。It is front sectional drawing of VVL employ | adopted as the exhaust valve which concerns on embodiment of FIG. 図1の実施形態に係る運転状態に応じた制御を行うための運転領域設定の一例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of the driving | operation area | region setting for performing control according to the driving | running state which concerns on embodiment of FIG. 図11において、排気弁の再開弁動作を行わせる領域と判定された場合の開弁動作の特性を示す特性図である。In FIG. 11, it is a characteristic view which shows the characteristic of the valve opening operation | movement when it determines with the area | region which performs the restart valve operation | movement of an exhaust valve. 図11において、排気弁の再開弁動作を行わせる領域と判定された場合の開弁動作の特性を示す特性図である。In FIG. 11, it is a characteristic view which shows the characteristic of the valve opening operation | movement when it determines with the area | region which performs the restart valve operation | movement of an exhaust valve. ブースト圧を横軸として、圧縮上死点付近での筒内温度、充填効率、EGR率の関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the cylinder temperature in the vicinity of a compression top dead center, filling efficiency, and an EGR rate by making a boost pressure into a horizontal axis. 充填効率を横軸として、圧縮上死点付近での筒内温度、ブースト圧の関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the cylinder temperature in the vicinity of a compression top dead center, and a boost pressure on the horizontal axis of charging efficiency. 本発明の別の実施形態に係る気筒の一つを概略的に示す平面略図である。FIG. 6 is a schematic plan view schematically showing one of the cylinders according to another embodiment of the present invention. 同実施形態に対応する吸気システムの動弁機構を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the valve operating mechanism of the intake system corresponding to the embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 サイクルガソリンエンジン
20 エンジン本体
21 クランクシャフト
22 シリンダブロック
23 シリンダヘッド
24 気筒
24a 吸気通路
24b 排気通路
25 ピストン
26 燃焼室
27 クランク角センサ
28 燃料噴射弁
29 点火プラグ
29a 点火回路
30 吸気システム
40 吸気弁
41 動弁機構
50 排気システム
60 排気弁
62 動弁機構
62b カム(第1排気カムの一例)
62c カム(第2排気カムの一例)
70 VVL
90 外部EGRシステム
100 ECU(運転制御装置の一例)
110 運転状態判定手段
120 バルブ制御手段(制御手段の一例)
121 VVL制御手段
122 VCT制御手段
123 VVE制御手段
A 領域(再開弁動作を行わせる領域の一例)
A1 低負荷運転領域
A2 高負荷運転領域
A3 中負荷運転領域(境界部分)
P ブースト圧
H バルブリフト量
m 内部EGR率
ηv 充填効率
10-cycle gasoline engine 20 engine body 21 crankshaft 22 cylinder block 23 cylinder head 24 cylinder 24a intake passage 24b exhaust passage 25 piston 26 combustion chamber 27 crank angle sensor 28 fuel injection valve 29 spark plug 29a ignition circuit 30 intake system 40 intake valve 41 Valve mechanism 50 Exhaust system 60 Exhaust valve 62 Valve mechanism 62b Cam (an example of a first exhaust cam)
62c cam (example of second exhaust cam)
70 VVL
90 External EGR system 100 ECU (an example of an operation control device)
110 Operating state determination means 120 Valve control means (an example of control means)
121 VVL control means 122 VCT control means 123 VVE control means A area (an example of an area where the restart valve operation is performed)
A1 Low-load operation area A2 High-load operation area A3 Medium-load operation area (boundary part)
P Boost pressure H Valve lift amount m Internal EGR rate ηv Filling efficiency

Claims (7)

エンジンの所定運転領域において、排気弁を排気行程での開弁動作のほかに吸気行程で再度開弁させる再開弁動作により、内部EGRで筒内温度を高めて圧縮自己着火を行わせるようにした4サイクルガソリンエンジンにおいて、
前記排気弁の再開弁動作時に吸気行程途中で開弁させ、下死点付近から圧縮行程初期にかけての期間内に閉弁させる排気弁駆動手段と、
少なくとも前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域で、吸気弁を上死点付近で開弁して下死点よりも前に閉弁するようにしつつ、吸気弁の開弁量を変更可能にする吸気弁駆動手段と、
エンジン負荷に応じ、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの高負荷運転領域では低負荷運転領域に比べて吸気弁の開弁量が大きくなるように吸気弁駆動手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置。
In the predetermined engine operating range, in addition to the valve opening operation during the exhaust stroke, the resuming valve operation for reopening the exhaust valve during the intake stroke increases the in-cylinder temperature by internal EGR and causes compression self-ignition to occur. In a 4-cycle gasoline engine,
An exhaust valve driving means for opening the valve during the intake stroke during the restart valve operation of the exhaust valve, and closing the valve within a period from the bottom dead center to the beginning of the compression stroke;
At least in the operating range where the exhaust valve is restarted, the intake valve can be changed while the intake valve is opened near top dead center and closed before bottom dead center Intake valve drive means to
According to the engine load, the intake valve driving means is controlled so that the opening amount of the intake valve is larger in the high load operation region of the operation region in which the restart valve operation of the exhaust valve is performed than in the low load operation region. And an intake / exhaust control apparatus for a four-cycle gasoline engine.
請求項1記載の4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置において、
前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの少なくとも高負荷運転領域では、吸気弁の開弁量を排気弁の再開弁動作による開弁量よりも大きくなるように設定したことを特徴とする4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置。
The intake / exhaust control apparatus for a 4-cycle gasoline engine according to claim 1,
The opening amount of the intake valve is set to be larger than the opening amount due to the restart valve operation of the exhaust valve in at least the high load operation region of the operation region where the restart valve operation of the exhaust valve is performed. An intake / exhaust control system for a 4-cycle gasoline engine.
請求項2記載の4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置において、
前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域内で、吸気弁1弁の開弁量を排気弁1弁の再開弁動作による開弁量以上としつつ、両者の比率を運転状態に応じて変化させるようにしたことを特徴とする4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置。
The intake / exhaust control apparatus for a 4-cycle gasoline engine according to claim 2,
Within the operating range where the restart operation of the exhaust valve is performed, the valve opening amount of one intake valve is equal to or greater than the valve opening amount due to the restart valve operation of the exhaust valve, and the ratio of both changes according to the operating state An intake / exhaust control system for a four-cycle gasoline engine, characterized in that
請求項1乃至3の何れか1項に記載の4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置において、
外部EGR通路を介して冷却された排気ガスを吸気系に還流させる外部EGR手段を備えるとともに、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちでノッキングが生じ易い運転領域では、前記外部EGR手段によるEGR量を増大させるようにしたことを特徴とする4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置。
The intake / exhaust control device for a 4-cycle gasoline engine according to any one of claims 1 to 3,
The external EGR means for recirculating the exhaust gas cooled through the external EGR passage to the intake system, and in the operation region where knocking is likely to occur in the operation region where the restart valve operation of the exhaust valve is performed, the external EGR is performed. An intake / exhaust control system for a four-cycle gasoline engine, characterized in that the EGR amount by the means is increased.
請求項1乃至4の何れか1項に記載の4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置において、
前記制御手段は、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの低負荷側の運転領域では高負荷運転領域に対して吸気弁の開弁量を小さくし、両運転領域の境界となる運転領域から高負荷側の運転領域に移行するにつれて吸気弁の開弁量を次第に増大させるように吸気弁駆動手段および排気弁駆動手段を制御することを特徴とする4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置。
The intake / exhaust control apparatus for a 4-cycle gasoline engine according to any one of claims 1 to 4,
The control means reduces the opening amount of the intake valve in the low load side operation region of the operation region in which the resumption valve operation of the exhaust valve is performed, with respect to the boundary between both operation regions. Intake and exhaust of a four-cycle gasoline engine, wherein the intake valve driving means and the exhaust valve driving means are controlled so as to gradually increase the valve opening amount of the intake valve as it shifts from the operating range to the operating range on the high load side. Control device.
請求項1乃至5の何れか1項に記載の4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置において、
吸気弁および排気弁を1気筒当たり2弁ずつ設け、前記排気弁の再開弁動作を行わせる運転領域のうちの低負荷運転領域では、一方の吸気弁を閉弁手段で停止させるとともに、開弁動作を行う吸気弁に対して対角線上に位置する排気弁を再開弁動作させるように吸気弁駆動手段および排気弁駆動手段を構成したことを特徴とする4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置。
The intake / exhaust control apparatus for a 4-cycle gasoline engine according to any one of claims 1 to 5,
Two intake valves and two exhaust valves are provided per cylinder, and in the low load operation region of the operation region in which the exhaust valve is restarted, one intake valve is stopped by the closing means and the valve is opened. An intake / exhaust control apparatus for a four-cycle gasoline engine, characterized in that an intake valve drive means and an exhaust valve drive means are configured to restart the exhaust valve located diagonally with respect to the intake valve that operates.
請求項1乃至6の何れか1項に記載の4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置において、
前記排気弁駆動手段は、排気行程で排気弁を開く第1排気カムと、吸気行程で排気弁を開く第2排気カムと、第2排気カムから排気弁への駆動伝達を遮断可能とするロストモーション機構とを備え、
前記吸気弁駆動手段は、吸気弁のバルブリフト量および開弁期間の少なくとも一方を無段階に変更可能とする開弁量可変機構を備えたことを特徴とする4サイクルガソリンエンジンの吸排気制御装置。
The intake / exhaust control apparatus for a 4-cycle gasoline engine according to any one of claims 1 to 6,
The exhaust valve driving means includes: a first exhaust cam that opens the exhaust valve during an exhaust stroke; a second exhaust cam that opens the exhaust valve during an intake stroke; and lost transmission that can cut off drive transmission from the second exhaust cam to the exhaust valve. With a motion mechanism,
The intake valve driving means includes a valve opening variable mechanism that allows stepless change of at least one of a valve lift amount and a valve opening period of the intake valve. .
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